如何把激光的光斑直径聚焦到小于1mm这个是学校老师给我们布置的一个小实验,我们现在买到的激光头大约光斑大小在3mm~6mm的.一开始想的是说用一个凸透镜,但是之后查到说凸透镜聚焦以后

Question

如何把激光的光斑直径聚焦到小于1mm
这个是学校老师给我们布置的一个小实验,我们现在买到的激光头大约光斑大小在3mm~6mm的. 一开始想的是说用一个凸透镜,但是之后查到说凸透镜聚焦以后只有一个点的直径最小（光腰?）,我们觉得尽量不要固定距离比较好,因为实验要求可以随意变化距离.
然后有人提出说可以在凸透镜后面再加一个凸透镜,让打出的光变平行的. 但我觉得有点不清楚,变平行光不是要放在凸透镜的焦点处吗? 经过第一个透镜的光要怎么恰好在第二个透镜的焦点处.
还有一个就是说拿一个很小的小孔遮住,但是这个是不是有限制?可以达到1mm以内的大小吗?
因为我们也不是学这方面想跪求大神指点,还有木有什么办法可以做到的?且可以解释的高洋上一点,因为老师说我们之前只打算放一个凸透镜的办法太简单了,我现在还没有拿到器材,过几天才开始试验.有大神可以解释下这个东西的难点吗? 哪怕一点点也可以啊~ 因为我们现在需要指出我们试验的难点,但是网上找到的都说放一个镜子就可以了. 跪求了.

Answer 1

这取决于激光头出来的激光的模式；如果是模式质量太差,有可能是聚不到那么小的~
但如果所含的模式不多,光斑的模式质量不是很好（例如M^2大于10）,可以用一个焦距合适的凸透镜聚焦得到1mm光斑~ 如果M^2=10,激光波长0.6um,光斑直径约3-6mm,用焦距约为1.5m的凸透镜就可以聚到约1mm的~ 缺点是焦距长,对操作人有危险.
否则,如果光斑质量较好,可以用扩束器获得小于1mm的光斑~ 简单的扩束器由两个透镜组成,即两个不同焦距长度的共焦的凸透镜,或者一个凸透镜加一个凹透镜（凸透镜实焦点和凹透镜虚焦点重合） -- 即类似于望远镜的构造,把扩束器倒过来就可以把光斑变小了.用后者即类似伽利略望远镜的构造可以避免有实际焦点 -- 激光功率高时危险性较大.
如果是从3-6mm变为1mm,那么透镜组的焦距比就是3~6:1.既然是实验,又是mm量级的光斑,对像差的要求会较小,那么用平凸透镜和平凹透镜搭配就行了.例如一个150mm的凸透镜和一个-25mm的凹透镜,相距125mm,可以把6mm光斑变成1mm~ 用150mm和-50mm的透镜,间距约100mm,可以把3mm变成1mm~
只要保证同轴,并不难~ 如果都用100mm以上焦距长度的透镜,焦点的重合的影响就会较小,偏移只会稍微改变出射光的发散角的~ 也不是难点~