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一些有关光的传播和发散角的疑问

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发表于 2005-9-10 09:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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<P>一直有些疑问,所以想讨论一下,首先是光的传播问题,为什么手电的光传播一定的距离后会消失?<br><br>另外,很多地方说激光的方向性好,说什么"<FONT color=#ff0000><FONT face=宋体>一台普通红宝石激光器发射出的光束射到月球上,散开的光斑尺寸只有<FONT color=#0000ff>几百米</FONT>,得到的照度有</FONT><SUP><FONT size=2>-2</FONT></SUP><FONT size=+0>lx</FONT><FONT style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: \'Times New Roman\'; mso-hansi-font-family: \'Times New Roman\'">,加上光色鲜红,显眼,所以能见到月球上<FONT color=#0000ff>有一个红色光斑.</FONT></FONT></FONT>",(照这样说,不知道会不会一不小心把美苏的航天员给射死)<br><br>实际上经过测试,现实好象并不是这样的,1000米外光斑就有半米了,这样算照射到38万公里光斑都不知道有多大的直径了。前几年网上有一个美国人发动起来“红色月球”计划,发动万人将手中的镭射灯(就大街上卖的5mw的那种红光激光棒)照射月球,目的是将晚上白色的月亮照成红色,结果以失败告终,原因就是发散角的问题,当然功率也是一个因素。<br><br>我经过很多次的试验,发现我们手上的激光前端的凸镜如果参数(倍率、直径、焦距)不一样,产生的光斑差别很大,换下那些个几毫米直径的镜头,放上一些直径5厘米以上的凸镜,聚光较果提高了很多倍,光柱射出很远都很细,很亮,就好象一把利剑刺穿整个城市,光的散发相当小,50mw的绿光射出8-15公里的光柱没问题,这种感觉非常美妙,但是我一直还是想达到射出38万公里,光斑只有几百米的那种效果,这是我的最终目标[em100]我测试的结果就是凸镜直径越大,焦距越长,激光的光束越细,发散角越小....有时间我还会试一下多个镜片组合...</P>武汉的汉口江滩(武汉二桥)有一幢高楼,每天晚上都有绿光从楼顶射出,光柱一直从汉口跨过长江射到武昌,武汉的坛友晚上可以抬头看看,我住在武昌,每天都可以看到长江对岸射过来的强烈光柱,功率估计是瓦级的,不过我还是觉得挺失败的,这么大的功率,聚光性能实在是太差,从汉口那边射过来,最多不过5公里,光柱就开始发散,估计射到新洲区的上空就没影了....如果能处理好聚光,效果一定更惊人。尽管聚光这么差,很多时候都可以照亮整片云层,感觉挺爽的,真想买个搬到家里的阳台,没事到处晃,多爽...<br><br>自己的光学知识还是比较差,不知道谁能不能设计出什么束光镜之类的东东就好了...
[此贴子已经被作者于2005-9-10 2:20:21编辑过]

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  • TA的每日心情
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2005-9-10 19:50 | 显示全部楼层
    <P>买 个好点的望远镜,把激光倒过来射出去,这样是干啥的?</P>
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    发表于 2005-9-10 11:04 | 显示全部楼层
    <P>如果没有错的化,你看到的应该是深圳大族公司的地标激光类的东西,45-60W</P>
    <P>如果没那么亮,可能就是国科的5W机了</P>
    <P>这类机器的一大特点不是打远,里面的光学系统比较复杂,主要是有振镜等用来打图案,文字的东西, 所以看起来发散很大</P>
    <P>比如我们做的娱乐场所里用的100mW,打出10多米就发毛了,就是因为有振镜等的原因</P>
    <P>这些东西的目标不是多少多少mrad,而是好看,这和我们的耍法有很大区别</P>
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    发表于 2005-9-10 20:49 | 显示全部楼层
    发射到月球的红宝石激光器是科研级的,功率大,而且主要原因是,谐振腔是由镀在红宝石棒一端的100%反射膜和另外一端的95%反射膜组成,两个镀膜面严格平行,在两个镀膜之间多次反射增强后通过95%反射膜发射出来的激光一致性非常好,而且好像不需要在前端安装透镜来改变光束,这样就保持了光束的平行性,我们手上的532虽然也可能有谐振腔,但可能并不太严格,而且还加了个透镜,我不知道该透镜是否对光束的平行性有影响,有532的兄弟可以把前面的透镜取下来,看看有什么变化,还有,红色激光笔的激光二极管发出的是“点光源”,所以必须在前面安装凸透镜来把它转换成平行光,这样出来的光束的平行性当然不会太好了,我记得以前玩氦氖激光器时,通过谐振腔发射出来的激光也不需要通过透镜,晚上发射到很远的地方,其光斑也非常小,
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    发表于 2005-9-11 05:07 | 显示全部楼层
    <DIV class=quote><B>以下是引用<I>compess</I>在2005-9-10 3:04:05的发言:</B><BR>
    <P>如果没有错的化,你看到的应该是深圳大族公司的地标激光类的东西,45-60W</P>
    <P>如果没那么亮,可能就是国科的5W机了</P>
    <P>这类机器的一大特点不是打远,里面的光学系统比较复杂,主要是有振镜等用来打图案,文字的东西, 所以看起来发散很大</P>
    <P>比如我们做的娱乐场所里用的100mW,打出10多米就发毛了,就是因为有振镜等的原因</P>
    <P>这些东西的目标不是多少多少mrad,而是好看,这和我们的耍法有很大区别</P><BR></DIV>
    <P>那个激光效果我看过
    <P>应该是50w级别的
    <P>但不知道是不是大族的
    <P>西安也有几个大楼安装 了激光射灯
    <P>功率我估计10w左右
    <P>高新的两个灯都是打出一束光
    <P>南门外可以打多束
    <P>大唐芙蓉园的水幕电影也有用激光来表演的
    <P>功率几瓦吧</P>[em01]
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    发表于 2005-9-12 18:26 | 显示全部楼层
    激光的发散角一方面和精度有关,另一方面受到出口直径的限制,后者是物理极限,无法突破的。出口直径越大,发散角的极限就越小。
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    发表于 2005-9-12 22:00 | 显示全部楼层
    <P>LZ的试验结果很能反映问题。正想funder所言,理论上发散角是有极限的,与口径成反比。其实发散角并非直接与焦距有关,而是口径大的透镜一般焦距长而已。</P>
    <P>发散角的理论极限=1.22 * 光波长 / 口径。</P>
    <P>口径就是光束出口的直径,越大则以后发散越小。为了能达到粗口径,一般要对激光扩束。用望远镜倒过来就是一种简单的扩束。当然,最简单的扩束就是让激光从半导体激光管里面发射出来,让它传播的远一点后自然扩大,然后用一个长焦的同时也是大口径的透镜/镜头来会聚成“平行光”。这里平行光用了引号,是因为实际上不存在理想的平行光,任何光都是发散的。</P>
    <P>假设激光传播38万km后有500m,那么发散角就是1.3微弧度,从上述公式计算,口径至少是0.52m。(假设光波长为0.555微米)</P>
    <P>其实“红色月球”失败并非发散角的问题,而是功率不够。月球视直径大约0.5度大约是9毫弧度,大多数的激光指示器的发散角比这个要小很多。即便有能打到月球上发散500m的激光,我们也一样看不到,因为500m直径太小了,而且即便几十瓦,分散到直径500m的面积上,别说照死宇航员,就是能看到都不容易。在月球上安装角反射体也是加强反回光,当然这个角反射体的尺寸一定要比较大,才能更有效的反射(同样是口径和发撒的问题)。</P>
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     楼主| 发表于 2005-9-13 00:57 | 显示全部楼层
    lymex老大,你说的<FONT face=Verdana><B>“为了能达到粗口径,一般要对激光扩束。用望远镜倒过来就是一种简单的扩束”</B></STRONG></FONT>是指物镜对着激光的出光口还是目镜对着激光的出光口?<br><br>这样处理后,前面还需要加透镜来聚光吗?
    [此贴子已经被作者于2005-9-12 17:08:07编辑过]

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    发表于 2005-9-13 01:54 | 显示全部楼层
    要激光对目镜、物镜为出口。如果用双筒,另一个筒还可以同时做观测监测对比。物镜前面不需要加透镜。其实有条件的话,把激光笔的镜头和望远镜的目镜同时拆下来,只用望远镜的物镜,效果最好,就是直接弄个大的长的聚光镜。
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    发表于 2005-9-13 02:22 | 显示全部楼层
    <DIV class=quote><B>以下是引用<I>潜龙</I>在2005-9-10 12:49:41的发言:</B><BR>发射到月球的红宝石激光器是科研级的,功率大,而且主要原因是,谐振腔是由镀在红宝石棒一端的100%反射膜和另外一端的95%反射膜组成,两个镀膜面严格平行,在两个镀膜之间多次反射增强后通过95%反射膜发射出来的激光一致性非常好,而且好像不需要在前端安装透镜来改变光束,这样就保持了光束的平行性,我们手上的532虽然也可能有谐振腔,但可能并不太严格,而且还加了个透镜,我不知道该透镜是否对光束的平行性有影响,有532的兄弟可以把前面的透镜取下来,看看有什么变化,还有,红色激光笔的激光二极管发出的是“点光源”,所以必须在前面安装凸透镜来把它转换成平行光,这样出来的光束的平行性当然不会太好了,我记得以前玩氦氖激光器时,通过谐振腔发射出来的激光也不需要通过透镜,晚上发射到很远的地方,其光斑也非常小,</DIV>
    <P>的确,红色激光笔的激光二极管发出的是“点光源”,需要透镜。<BR>同样,去掉透镜的532绿光发出的也是“点光源”,我有三个532都拆下透镜试验过,也需要透镜。
    <P>绿激光大概是追求1mm左右的细光束,这样一来理论发散角就不可能小于0.65毫弧度了(把口径=1mm带进那个公式)。如果在稍远的地方换装个长一些、口径大一些聚光镜,那么发散角就可以明显减小,同时指示器的长度变长、出光直径变粗、开始光束不明显但照射的更远、远处光束明显。
    <P>红宝石激光器也是一样,假设出光口径5mm,那么发散角也不可能小于0.169毫弧度的。</P>
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    发表于 2005-11-1 17:46 | 显示全部楼层
    我的150mw的绿光激光器发散情况是这样的,出口光束当然是1mm至1.5mm之间,经过6米后变成了3mm至3.5mm之间,哎!觉得这发散程度太大了,不知道各位的发散情况如何,可以在这里发表一下参考参考。
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    发表于 2005-11-2 20:13 | 显示全部楼层
    <P>不知道用长焦镜头射出去是什么样的</P>
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    发表于 2005-11-9 08:36 | 显示全部楼层
    <DIV class=quote><B>以下是引用<I>hyori</I>在2005-11-2 12:13:18的发言:</B><br>
    <P>不知道用长焦镜头射出去是什么样的</P></DIV>
    <P><br>我用了长焦镜头后,聚焦性能良好,10m处还能点火柴.</P>
    <P>出口比较粗,但传播很远还是不扩大。这张是手持拍摄,曝光1/30秒,旁边有非常亮的槐花灯。</P><img src="attachments/dvbbs/2005-11/20051190525247452.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-11/20051190525247452.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /><br>
    [此贴子已经被作者于2005-11-9 0:53:00编辑过]

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    发表于 2005-11-9 08:48 | 显示全部楼层
    <DIV class=quote><B>以下是引用<I>powerzwr</I>在2005-11-1 9:46:27的发言:</B><BR>我的150mw的绿光激光器发散情况是这样的,出口光束当然是1mm至1.5mm之间,经过6米后变成了3mm至3.5mm之间,哎!觉得这发散程度太大了,不知道各位的发散情况如何,可以在这里发表一下参考参考。</DIV>
    <br>这已经非常不错了,看指标一般是1.5mRad,而6m处6mm就是1mRad,你这个还不到0.5mRad,已经接近理论极限。我刚才测量了我的200mW的,12m处直径9mm,为0.75mRad。要想减少发散,必须换成长焦镜头。极端场合就是用那种商场里面卖的口径60mm的折射望远镜。<BR>
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    发表于 2005-11-9 16:20 | 显示全部楼层
    晕!为何做这激光器的厂商不用固态激光器来做呢,这样就不会有发散问题了,我测试这光束是看线的宽度,肉眼测试,没量过,太亮了,眼一下子就花。
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    发表于 2005-11-9 16:57 | 显示全部楼层
    固态激光器一样有同样的发散问题,谁都逃不过物理定律。
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    发表于 2006-1-3 03:04 | 显示全部楼层
    <P>其实月全食的时候是很容易看到的。</P>
    <P>红宝石激光器的脉冲功率在1MW(注意,M是"兆"而不是"毫")以上。</P>

    <P>
    </P>
    <P><STRONG>玻色子提醒您:当您试图照死别人时,也就暴露了自己。</STRONG></P>
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