集光ビーム径について

質問

お世話になります。
レーザー光をレンズで集光する場合、そのスポット径dについて、d=2.44fλ/D（f：レンズの焦点距離、λ：波長、D：レンズへの入射ビーム径）という式があると思いますが、この場合たとえば、D=0.3mm、f=150mm、λ=1.064μmとするとd=1.29mmとなり、入射ビーム径よりも大きくなるのですが、これはどうしてでしょうか。この式はどういう場合に使えるのでしょうか。
詳しい方ご教示願います。

回答No.2

738w · ベストアンサー

数値的にどの程度一致するかはさておき、小さなビーム径のビームを
さらに絞るのは難しいのです。

提示された条件で実験した場合、レンズ出射後のビームは収斂しますが、
レンズの焦点面に到達する手前でビーム径は最小となり、発散に転じてしまうでしょう。
その最小のビーム径自体は入射ビーム径より小さいのですが、
焦点面上では入射ビーム径より大きなビーム径が観察されると思います。

補足

738w様
早速のご回答ありがとうございます。
およそは理解できました。
ただ、出射後のビームは一旦収斂するということですが、そこでのビーム径が入射ビーム径より小さいのであればそこがスポット径ということではないのでしょうか？そこと焦点との違いは何でしょうか？

回答No.3

738w

どこかに現れる最小のビーム径のことをスポット径と呼んでよいかについてですが、
「スポット経」という言葉の定義によります。
ただ、今回質問に登場してきたスポット経 d とは異なります。

ビーム経が最小になる位置と焦点の違いについてですが、
その位置の事をこの条件で集光されたビームの焦点と呼んでもよいと思います。

ただし、レンズが設計された時点で想定されているくらい大きな経を
もつビームを入射させた時にビーム経が最小となる位置と今回の条件で
ビーム経が最小となる位置は異なっているという点に注意が必要です。

質問で提示されている式はある一定の条件下でのみ有効な値を計算できる式で、
今回提示されている条件は式が有効な値を計算できる条件を逸脱しているのだと思いますよ。

お礼

738w様
早速のご回答ありがとうございました。
式が使える条件がある、ということで理解いたしました。
大変お世話になりました。

回答No.1

equinox2

エアリーディスク径の式のようですが、レンズで集光する際には
Dを大きくしないと絞れません。

そのようなレーザであるなら、ビームエキスパンダで一旦、径を大きくして、
その後レンズで絞る必要があります。

エアリーディスク、ビームエキスパンダ　などのキーで検索してみてください。

補足

equinox2様
早速のご回答ありがとうございます。
Dを大きくしないと絞れないことは理解できましたが、ということは、0.3mmのビームを入れると実際に1.3mmという大きなビーム径になるということでよいのでしょうか。
よろしければご回答お願いいたします。