واگرایی لیزر مرئی

پرسش:

با سلام و تشکر بابت سایت بسیار آموزنده سوال من در رابطه با چگونگی واگرایی نور لیزر مرئی  جهت رسیدن از یک نقطه به سطح دو بعدی هست، بعنوان مثال میخوام نور نقطه ای لیزر را به یک دایره به قطر ده سانتیمتر در فاصله یک متری تبدیل کنم ممنون میشم راهنماییم کنید

پاسخ:

برای واگرا کردن نور لیزر شاید ساده‌ترین کار استفاده از یک عدسی واگرا یا حتی عدسی همگرا باشد. عدسی همگرا معمولا بیشتر در دسترس است و به صورت ذره‌بین و عدسی‌های عمومی دیگر با آن معمولا سروکار داریم. نور لیزر که موازی و با واگرایی کم هست، در کانون عدسی همگرا متمرکز می‌شود و پس از آن با همان زاویه باز می‌شود. برای اینکه با این روش لکه نور لیزر را به ابعاد مورد نظر در فاصله مشخص درآورید باید فاصله کانونی عدسی به گونه‌ای باشد که این زاویه را تامین کند.

برای مثال شما، تانژانت نصف زاویه مورد نیاز 0.05 است یعنی 5 سانتی متر تقسیم بر 100 سانتی متر. پس بسته به قطر اولیه لیزر می‌توانید در آن مثلث، فاصله کانونی را بدست بیاورید. مثلا اگر قطر اولیه لیزر 4 میلیمتر باشد فاصله کانونی باید 2 میلیمتر (نصف قطر لیزر) تقسیم بر 0.05 باشد یعنی 40 میلیمتر یا 4 سانتی متر. و اگر قطر اولیه لیزر مثلا 2 میلیمتر باشد فاصله کانونی مورد نظر 2 سانتی متر می شود.

تمام قواعد بر اساس هندسه ساده طرح می شود. البته اگر فاصله زیاد باشد و واگرایی خود لیزر مطرح شود مسئله پیچیده‌تر می‌شود.

برای اینکه لکه مرتب و کم نقص لیزر روی هدف داشته باشید باید عدسی کاملا تمیز باشد چون بخاطر همدوسی بالای لیزر هر لکه و کثیفی می‌تواند منجر به پراش و به هم ریختگی باریکه در هدف شود.

بد نیست بدانید ابزاری برای تامین لکه لیزر بدون اعوجاج‌های پراشی ابداع شده است که به آن فیلتر فضایی می‌گویند. این وسیله با فهم دقیق از همدوسی و علت نایکنواختی لکه لیزر روی هدف ساخته شده است که جای توصیف آن اینجا نیست.

نکته دیگر قابل ذکر در این زمینه این است که شما با قرار دادن یک عدسی همگرای دیگر در موضع هدف، با فاصله کانونی همان 1 متر و قطر دهانه همان 10 سانتی متر می‌تواند جلوی واگرایی لیزر را بگیرید و اکنون بجای داشتن لیزری با قطر مثلا 2 میلیمتر، صاحب لیزری با قطر 10 سانتی متر هستید. به این وسیله باریکه گستر می‌گویند که کاربردهای مهمی در انتشار نور لیزر دارد.

بحث انتشار نور لیزر در مسافت طولانی پیچیده است ولی در اینجا به همین اکتفا می‌کنیم که اگر قطر اولیه لیزر را کم کنیم و لیزر موازی شده باشد، در مسافت کمتری نسبت به قطر اولیه بیشتر واگرایی آن احساس می‌شود.