• ベストアンサー

集光ビーム径

2枚の凸レンズ(焦点距離f1、f2)があり、第1レンズの焦点の位置にある光源から出た光が、第1レンズでコリメートされたのち、第2レンズで集光された焦点でのビーム径d1と、第1レンズの焦点より遠い位置にある光源から出た光が、第1レンズを通過し(このとき集光光学系となっている)その後第2レンズで集光されその焦点でのビーム径d2とでは、どちらのビーム径が大きくなるのでしょうか、または同じでしょうか。 理論的にはどのように考えるのでしょうか。式(または基本の理論)を示していただければ幸いです。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • tance
  • ベストアンサー率57% (402/704)
回答No.1

極端に単純化して、光源は十分小さい点光源であり、レンズは 収差のない理想レンズであれば、幾何光学的にはどちらも 比べられません。(直径0のビーム径になる) だた、実際には決まった波長の光だとすれば、ビーム径はNAと 波長で決まります。エアリーディスク径というキーワードで 検索してみてください。 さらに、ただの凸レンズ2つではレンズの収差も相当あると 思います。実験をするような場合は注意が必要です。

okada2728
質問者

お礼

tance様 早速のご回答ありがとうございました。またお礼が遅くなり誠にすみません。 いただいたキーワードにてさらに勉強いたします。

関連するQ&A

  • 集光ビーム径のサイズについて

    基本的な質問で済みませんが。。。 光ファイバから出射した光を平凸レンズで一度コリメートし、その後再度平凸レンズで集光しようと考えています。 光ファイバのコア径が100um, NAが0.1として、平凸レンズの焦点距離がいずれも100mmとしたとき、私の理解では、 コリメートビーム径D = 2×NA×コリメートレンズの焦点距離 = 20mm 集光ビーム径d = 2.44×波長 × 集光レンズの焦点距離 ÷ 入射ビーム径(コリメートビーム径) = 12.98um となるのですが、一方ではコリメートレンズと集光レンズの比率が1:1なので、集光ビーム径はΦ100umになるとも考えられます。 12.98umと100umどちらが正しいのでしょうか?

  • 集光ビーム径について

    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。

  • ハロゲンランプ光を集光するには

    光学系を組むことになったのですが初めてなため困っています。 目的はハロゲンランプ光を凸レンズにより焦点に集光することなのですが、凸レンズで集光するにはハロゲンランプ光を平行光にする必要があると思うのですが、コリメーターレンズと凸レンズと光源さえあれば集光できるのしょうか?このとき約30cmの範囲内の光学系で可能でしょうか? 他に必要な器具や何に注意して光学系を組めばいいかなども教えてもらえるとありがたいです。 よろしくお願いします。

  • レーザ光を集光させた場合の理論スポット径

    ガウス分布のレーザを集光させた場合に,近似式 dmin = (4fλ)/(πD)  [dmin:スポット径,f:集光レンズ集光距離,λ:波長,D:入射ビーム径] を用いているのですが,この式の導出法に疑問を持っています. 様々な文献を調べた結果,発散角θを W(z)=W0[1+(λz/(π(W0)^2))]^(1/2) のガウシアンビームTEM00のビーム径の分布の式を用いて θ=lim(z→∞)[W(z)/z ]=2λ/(πW0)  [W0:スポット径] ・・・・・・* と算出し,その発散角がF/Dと一致すると考え, θ=2λ/(πW0)=F/D と置いて,W0つまりdminを算出する方法がありました. ここで疑問なのですが,*の発散角を算出する式では,θが微小な事からtanθ≒θと置いています. しかし,集光レンズを用いた場合には,θは微小ではなく,この近似は用いる事が出来ないかと疑問に思っています. 発散角を算出せずに, lim(z→∞)[W(z)/z]とF/Dのみを比較すれば良いのではないかと考えているのですが,どちらが正しいのでしょうか. ご回答の程を宜しくお願い致します.

  • 広がりのあるレーザーの集光について

    広がり角 0.5mradなど表記があることが多々あると思います。 確かにレーザー光を5m、6m離れたところでは、ビームが広がっています。 広がり角θの場合、レーザー出射位置でのレーザー光の半径rの場合、 L 離れたところのビーム半径は、L・tanθ でいいのでしょうか。  また、L離れたところでは当然広がり角で広がっているわけで、 レンズなどで集光、拡大する場合、平行光ではないので レンズのfなどの所に、集光されるわけではないと思いますが、 このような場合、どのようにして焦点を決めればいいのでしょうか。 加えて、広がりのあるレーザー光を平行光にする方法はあるでしょうか。 公式、読めばよい本などご存知の方、アドバイスいただければ幸いです。

  • コリメータのビーム径の計算式

    ビーム径の式に下記のものが使われるそうですが、 なぜこの式が成り立つのかが分かりません。 BD(mm)=2xf(mm)xNA BD:コリメータされたビーム径 f:レンズの焦点距離 NA:ファイバーのNA値 NA=sinθだと思うので、おかしいと感じてます。 NA≒tanθという解釈なのでしょうか? (引用しましたホームページ) http://www.neotron.co.jp/oz/oz9.html

  • ビームスポットの小さな平行光を作るには?

    平凸レンズ2枚を組み合わせて、ビームスポットが小さな平行光を作ろうとしています。 具体的には、アルゴンイオンレーザーを平凸レンズ(f=60mm)の球面に入射して集光させた後、 平凸レンズ(f=20mm)の平面に入射させて100μm程度の平行光にしたいのですが、 この場合、レンズ間の距離をどれくらい取ればよいのでしょうか? 光学系に詳しい方がいましたら、よろしくお願い致します。

  • 集光スポットサイズ計測

    恐れ入ります.集光スポットサイズの計測法で疑問があります. 集光スポットサイズを計測するために,集光レンズ,(顕微鏡の)対物レンズ,CCDカメラを用いています. 始めに,対物レンズとCCDを用いて光学系を組み,既知の大きさのものを対物レンズの焦点に配置してその像を測定して大きさの基準を記録しておきます.基準測定のための物体が対物レンズの焦点に来たことはCCD上の画像の鮮明さ(ピントのぼけていない状態)で判断しています. 次に集光レンズで光を集光します.測定対象はこの集光点です. 対物レンズの焦点が光の集光点に来るように調整したいのですが,この際なにを指標に調整すれば良いのかがわかりません. 対物レンズとCCDは光の進行方向に沿って微調整可能にしました.同僚の話だと対物レンズから出てくる光は恒に平行光とのことで,それが事実だと仮定すれば,CCD上の像が最も小さくなる点が,対物レンズの焦点に光の集光点が来ているといえる(即ちそれがスポットサイズ)のですが,本当にそれでよいのでしょうか?

  • コリメータレンズの最小スポット径

    顕微鏡のように、コリメートしながら径を縮小できるコリメータレンズがあると思うのですが、その類のコリメータレンズで得られる平行光のスポット径は、現状でどれくらいまで小さくできるのでしょうか? 例えば、レーザープリンターのポリゴンミラーに当てるレーザーは、コリメータレンズでコリメートされつつ1ピクセルの径に縮小されていますが、現状における、その最小の径を知りたいです。 やはり、通常のレンズで集光した場合のように、数百ナノメートルのスポット径を得られるのでしょうか?

  • レーザスポット径の計算式

    質問ばかりで申し訳ないのですが,レーザビームのスポット径の計算式を知りたいと考えています.自分なりに調べた所,  1)回折限界まで収差補正された集光レンズの場合  2)ガウシアンビームを使った光学系の簡単な計算 のような上記の条件における計算式が個々に在ることが判りました. しかし私が研究に用いている光学系のレンズは,1)を満たしているか判らず,またガウシアンビームかどうかも判りません.ビームはTEM00なのですが,これならガウシアンビームと考えていいのでしょうか?そのことも踏まえて,計算式について少しでもアドバイス頂けますよう何卒宜しくお願いいたします.