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第 20 卷 第 3 期 佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) Vol. 20 No. 3 2002 年 9 月 Journa l of J iam usi Un iversity ( Sc ien ce Ed it ion ) . 2002 Na tura l Sep 文章编号: 1008- 1402 (2002) 03- 0288- 03 ① 透镜的焦距对激光聚焦焦斑影响的研究 姜兴山 (佳木斯大学理学院物理系, 黑龙江 佳木斯 1540007) 摘 要: 根据激光衍射理论和空间像差理论, 推导出在给定激光器的输出波长和激光光束大小的前 提下, 考虑激光衍射和空间像差对透镜聚焦能力的影响, 所选用的最佳透镜焦距的大小及相应的可以聚焦 焦斑的大小, 此结果有一定的实际应用意义. 关键词: 衍射; 空间像差; 聚焦焦斑 中图分类号: 436. 1 文献标识码: O A 0 引 言 近年来, 由于啁啾脉冲放大(Ch irp ed - Pu lse- A m p lif icat ion , CPA ) 技术[ 1, 2 ] 在紧凑型超短脉冲、超高 功率激光器中的使用和发展, 使激光器输出的激光经聚焦系统聚焦后的功率密度已经可以达到TW 量级 [3～ 6 ] 以上, 为超强辐射物理和技术的研究提供了理想的驱动源 . 目前聚焦系统采用的光学元件大多采用透 射式的聚焦系统. 一般情况下, 理想的激光光束应该是百分之百的基模高斯光束, 即高斯光束的基模腰斑 [7 ] 半径为 : f = ( 1) 0 其中f 为透镜的焦距. 从此式可以看到, 透镜的焦距越小, 聚焦的焦斑越小, 从而有利于提高激光功率 密度的大小. 但是, 实际应用中的任何一台激光器, 其输出光束不可能是理想的百分之百的基模高斯光束, 这样激光光束的聚焦能力就受到了聚焦透镜的衍射和像差的影响, 本文正是从这一角度出发, 研究了聚焦 透镜的焦距对聚焦焦斑的影响, 得出了一些有实际应用意义的结果. 1 计算方法和分析 1. 1 激光光束在聚焦点的面积 ( ) 通常情况下激光功率密度是时间和空间的函数, 即 I x , y , z , t . 假设激光功率密度对时间和空间的 依赖关系是独立的, 瞬时激光功率密度可以写成: ( ) (
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