Taille du spot et taille du faisceau
Ce calculateur vous donne la taille du point laser et les valeurs de taille du faisceau laser en fonction du diamètre du faisceau au niveau de la lentille, de la longueur d'onde et d'autres paramètres que vous avez saisis.
Comment fonctionne le calculateur de taille de faisceau laser et de taille de spot ?
Tout d’abord, considérons un faisceau laser gaussien traversant une lentille convergente. Le faisceau commencera à converger et finira par atteindre un point de concentration maximale. À ce stade, le diamètre du faisceau sera au minimum. Ce diamètre est ce que nous appelons la « taille du spot » (la « taille du faisceau » est le même concept, mais ferait généralement référence au rayon). Au-delà de la taille, le faisceau recommence à diverger et plus il s'éloigne, plus il s'élargit. La position de la taille sur l'axe z dépend, entre autres, de la distance focale. Essentiellement, la distance focale est une valeur qui indique la force avec laquelle une lentille fait converger ou diverger la lumière. Ainsi, plus une lentille est convergente, plus la distance focale est petite et plus la taille sera proche de la lentille. Par conséquent, il est possible de déterminer la taille du faisceau si la distance par rapport à la taille du faisceau est connue. En outre, ce qu'on appelle la profondeur de champ est une distance spécifique, centrée autour de la taille du faisceau, pour laquelle le faisceau a un diamètre sensiblement petit par rapport à la taille de son spot. C'est également le double de la distance de Rayleigh. La longueur de Rayleigh est définie comme la distance pour laquelle le rayon du faisceau est inférieur ou égal à √2 fois le rayon au niveau de la taille. Ainsi, lorsqu’une distance focale est petite par rapport à la taille du faisceau incident, la profondeur de champ a tendance à être petite et vice versa. Enfin, M² correspond au facteur de qualité. Fondamentalement, il s'agit d'une mesure du comportement de votre faisceau par rapport à un faisceau gaussien TEM₀₀ théorique parfaitement formé. Une valeur de « 1 » est considérée comme parfaite et plus vous êtes éloigné de cette valeur, moins elle l'est.
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Formules pour la taille du spot, le diamètre du faisceau et la profondeur de champ
On suppose ici qu’une fois que le faisceau laser traverse la lentille, il traverse à perpétuité un milieu continu isotrope homogène. On suppose également que le laser n'émet qu'une seule longueur d'onde spécifique et qu'il peut être représenté comme un faisceau gaussien TEM₀₀. Outre le faisceau, la lentille est considérée comme parfaite et fine. Ainsi, sa surface ne présente aucune aspérité et la distance focale est identique sur toute sa surface. Nos calculs proviennent de l'approximation paraxiale de l'équation de Helmholtz et des approximations des lentilles minces. Aussi, le faisceau incident est considéré comme parfaitement collimaté sur la lentille. Par conséquent, la position de la taille sur l’axe z coïncide avec le point focal et se trouve à la distance focale de l’objectif. Enfin, ces équations ne sont pas précises pour calculer le diamètre du faisceau en champ lointain. Dans ce cas, il faut utiliser notre calculateur de divergence avec le diamètre initial étant ponctuel (0) et directement au plan focal.
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