เป็นไปได้หรือไม่ที่จะลดความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์สีแดงชี้จาก 40 องศาเป็น 1 องศา?

ฉันต้องการทราบว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะลดความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์สีแดงชี้จาก 40 องศาเป็น 1 องศา

@Ruslan เขียนเมื่อวันที่ 3 ตุลาคม 2013 เนื่องจากโซนแอคทีฟของเลเซอร์ไดโอดสีแดงมีเส้นผ่านศูนย์กลางของไมโครมิเตอร์หลายแห่งทำให้ความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์สีแดงอยู่ที่ 40 องศา

เนื่องจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก $ \ Delta \ times \ Delta p \ gtrsim \ hslash / 2 $ หนึ่งไม่สามารถทำให้ควอนตัมมีแรงผลักดันในทิศทางใดก็ได้ ดังนั้นคุณไม่สามารถบอกได้ว่าโฟตอนไปในทิศทางเดียวกัน - นี่เป็นเพียงคำอธิบายที่ง่ายขึ้นของการทำงานด้วยเลเซอร์ ในความเป็นจริงยิ่งบางลำแสงยิ่งมีความแตกต่างมาก

เปรียบเทียบเช่น เลเซอร์ DPSS (เช่นตัวชี้เลเซอร์สีเขียว) พร้อมเลเซอร์ไดโอด (เช่นตัวชี้เลเซอร์สีแดง)

ในเลเซอร์ DPSS วัสดุที่ใช้งานจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางของคำสั่งหลายร้อยไมโครเมตรและลำแสงออกจะเริ่มจากเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าด้วยเหตุผลหลายประการ ความแตกต่างมีขนาดค่อนข้างเล็ก: หากคุณลบเลนส์ collimating ภาพแสงของคุณจากตัวชี้เลเซอร์สีเขียวจะมีหลายเซ็นติเมตรหลังจากที่แสงไปหลายเมตร มุมที่ต่างกันจะเป็น $ \ lambda / d = 532 \ \ mathrm {nm} / 100 \ \ mu \ textrm {m} \ ประมาณ 0.3 ° $

หากคุณลองทำเช่นเดียวกันกับตัวชี้เลเซอร์สีแดงคุณจะเห็นว่าแสงมีความแตกต่างกันค่อนข้างมาก: หลังจากทำไปหลายเซนติเมตรในทิศทางของการแพร่กระจายมันจะให้ภาพของหลายเซนติเมตร เหตุผลก็คือโซนแอคทีฟของเลเซอร์ไดโอดนั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของไมโครมิเตอร์หลายตัว สิ่งนี้ทำให้ลำแสงเอาต์พุตค่อนข้างบางทำให้มีขนาดเล็กและสูงมากและนี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างสูง มุมที่แตกต่างจะเป็น $ \ lambda / d = 640 \ \ mathrm {nm} / 1 \ \ mu \ textrm {m} \ ประมาณ 40 ° $ มุมที่แท้จริงจะขึ้นอยู่กับทิศทางที่คุณเลือกเนื่องจากโซนแอคทีฟคือ is10 ×อีกต่อไปในทิศทางเดียวมากกว่าในอีกทิศทางหนึ่ง

โดยทั่วไปความหนาของลำแสงเลเซอร์เริ่มต้นของคุณจะเพิ่มมากขึ้นดังนั้นหากคุณจัดการกับการทำเลเซอร์ (ความยาวคลื่นที่มองเห็น) ด้วยลำแสงเริ่มต้นที่ความหนา 1 ซม. คุณจะมีลำแสงเลเซอร์ที่สมบูรณ์แบบ

ฉันต้องการทราบว่ามีวิธีการขยายโซนแอคทีฟของเลเซอร์ไดโอดสีแดงจากเส้นผ่านศูนย์กลางหลายไมโครเมตรถึง 30 ไมโครเมตรหรือไม่ นอกจากนี้สามารถใช้เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นเพื่อลดความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์สีแดงจาก 40 องศาถึง 1 องศาได้หรือไม่?

แน่นอนว่าสามารถใช้เลนส์ที่มีความยาวโฟกัสสั้นได้ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้เลนส์มาตรฐานที่มาพร้อมกับตัวชี้เลเซอร์ส่วนใหญ่และขยับเข้าไปใกล้กับคริสตัลเลเซอร์เล็กน้อย

หากคุณต้องการให้เอวของลำแสงของลำแสงออกไปที่รูรับแสงของเลนส์อย่างแน่นอนคุณจะต้องทำงานเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยและหา microlens ที่เหมาะสม สำหรับลำแสงที่มี 1 divergence ($ \ theta = 0.017 $ rad) คุณจะต้องใช้ลำแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง $ d \ Appro \ lambda / \ theta = 37 ~ \ mathrm {\ mu m} $ ที่เลนส์ . เลนส์จะอยู่ในระยะ 52 ไมครอนจากคริสตัลเลเซอร์ ดังนั้นจะค่อนข้างยากที่จะบรรลุ

ปรับปรุง: การชี้แจงเกี่ยวกับเอวคานและความแตกต่าง นี่คือลักษณะลำแสงเลเซอร์แบบเกาส์เซียนที่มีลักษณะเช่นนี้ (ภาพโดย DrBob บน Wikipedia):

ด้วยเลเซอร์ทั่วไปตัวเชื่อมต่อเอาท์พุทจะอยู่ที่ส่วนที่แคบที่สุดคือเอวของลำแสง มุมแตกต่าง $ \ Theta $ เป็นพารามิเตอร์คงที่ของคานไม่ว่าคุณจะเผยแพร่ไปไกลแค่ไหน หากคุณใส่เลนส์ไว้ที่เอวของลำแสงหรือในความยาว Rayleigh $ z_R $ คุณจะไม่สามารถลดมุมที่แตกต่างของสนามไกลได้ \ \ Theta $ ถึงแม้ว่าคุณจะสามารถโฟกัสได้ด้วยความยาวโฟกัสสั้น ๆ หลังจากโฟกัส หากคุณไม่สนใจเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงใกล้กับลำแสงเพียงแค่ในขนาดที่อยู่ห่างออกไป 100 ม. เท่านั้นฉันจะไม่รบกวน microlenses และใช้เลนส์ธรรมดาที่รูรับแสงเลเซอร์เพียงไม่กี่มิลลิเมตร

ฉันไม่สามารถแสดงความคิดเห็นในการปรับเปลี่ยนขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของคริสตัลเลเซอร์เอง ถ้าเป็นไปได้เลยมันจะต้องใช้เทคนิคการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

โดยวิธีการ: ใช้ไฮเซนเบิร์กเพื่ออธิบายความแตกต่างของลำแสงเป็นฟังก์ชั่นของเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงและความยาวคลื่นไม่สมเหตุสมผลนักเนื่องจากค่าคงตัวของพลังค์จะถูกยกเลิกเมื่อคุณเขียน $ \ Delta p $ กฎของ thumb $ \ theta = \ lambda / d $ ใช้งานได้ดีสำหรับคลื่นอะคูสติกซึ่งไม่ใช่กลไกเชิงควอนตัม