Laser de focalisation à portée km

SvB

Laser de focalisation à portée km


Cela est resté coincé dans ma tête et bien que j’aie trouvé pas mal d’informations, je n’arrive pas à la réponse finale. Je pense probablement trop à quelque chose, alors j’espère que vous pourrez le signaler ou m’aider autrement.

Je recherche la taille minimale du spot:

  • Un laser 1 µm de qualité
  • Laisser le système à travers une lentille de 40 cm de diamètre
  • Être focalisé par cet objectif à une distance de disons, 5 km. (f = 5000 m)
  • EDIT: Il s’agit d’un faisceau dans l’atmosphère (disons au niveau de la mer) mais les turbulences, la scintillation et les effets similaires peuvent être ignorés. À toutes fins utiles, il pourrait être dans le vide.

Il se situe entre la «  taille minimale du spot pour les applications microscopiques  » et la «  taille du spot après des milliers de kilomètres de voyage dans l’espace  » – ce qui me rend légèrement confus sur ce qui est applicable et ce qui ne l’est pas.

Fondamentalement, j’ai trouvé un certain nombre d’équations comme

= 4 λ F π

et

ω 0 = λ F π une

(avec a = rayon du faisceau à 1 / e ^ 2 intensité)

Me donnant un diamètre minimum de 0,016 m / rayon de 0,008 m dans la plage fournie respectivement, ou

ω ( z ) = ω 0 1 + ( z z r ) 2

À venir avec un rayon de 0,20016m. (Celui-ci suppose que la taille du faisceau est au niveau de l’objectif lui-même, ce qui serait valable pour des portées beaucoup plus grandes mais probablement pas tant pour 5 km)

Bien qu’ils aient tous un sens, je «sens» qu’ils ne tiennent pas compte de la divergence générale du faisceau. Les réponses fournies ici ( Physique de la mise au point d’un laser ) semblent aller dans la bonne direction. Par exemple,

ω 0 = M 2 λ π Θ

est livré avec la note
« Notez que si vous connaissez M 2

M 2

et mesurer la divergence d’un faisceau, vous pouvez ensuite calculer le rayon de la taille. « 

Maintenant, je ne peux pas mesurer la divergence de mon laser (cas théorique :)) mais je ne pense pas non plus pouvoir le calculer à partir de cette équation, car bien que je connaisse le rayon de la lentille, ce n’est pas la taille du faisceau.

Comme vous voyez, je suis un peu coincé. Peut-être que je le regarde depuis trop longtemps, me brouillant la tête. Ce serait génial si quelqu’un pouvait éclaircir cela pour moi!

docscience

Dans les airs? Et si oui, à quelle altitude?

SvB

Dans l’air en effet, rien de spécial donc autour du niveau de la mer.

docscience

À 5 km à travers la basse atmosphère, et sans optique adaptative, vous n’aurez pas de place. La scintillation s’en occupera.

SvB

Je me demandais si cela arriverait … 🙂 Je connais à la fois la turbulence et l’épanouissement thermique (bien que ce dernier ne se produise qu’à des puissances élevées), mais je voudrais simplement trouver une limite inférieure, un meilleur scénario. Il serait donc préférable de supposer un vide alors.

Réponses


 Paul

Vous ne mentionnez pas quelle est la longueur d’onde. Oh, oui, c’est 1 micron. Il y a plusieurs choses que vous devez considérer. Les images gaussiennes à grand F / # s ne sont pas les mêmes que pour les systèmes optiques classiques. Vous devez regarder la propagation gaussienne.

Mais classiquement, vous avez un F / # de 5000 / 0,4 = 12500. Votre diamètre Airy est donné par d = 2,44 lambda F / #, donc en supposant que votre longueur d’onde est de 1 micron (0,001 mm), votre diamètre Airy sera de 30,5 mm. Avec une ouverture de 40 cm, votre angle de faisceau limité par diffraction sera de 2,44 lambda / 400 mm ou 6,1 micro-radians.

Donc, d’un point de vue classique, la taille finale de votre image devrait être d’environ 30 mm de diamètre (premier anneau sombre).

 

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