Как я могу построить лазерный луч микрометрового диаметра из обычного лазерного диода?

Чтобы создать систему освещения для микроскопа (с цифровой камерой), я хочу сделать лазерный луч очень малого диаметра (параллельный, а не сходящийся). По возможности около 1 мкм в диаметре.

Как я мог построить такой лазер, используя обычный диодный лазер?

optics lasers

— Ману де Ханой
источник

Глупая идея. Вы собираетесь увеличить отраженный лазерный свет в задней части сетчатки? Ради забавы?

— Дональд Гибсон

Я не понимаю, почему это понижено. Это законный вопрос, хотя при работе с лазерами требуется осторожность. Вопрос не говорит о том, что луч будет направлен в линзу микроскопа и в глаза наблюдателя.

— Барт

Можете ли вы объяснить, почему вы не хотите освещать больше объекта? Это странная вещь с микроскопом.

— Карл Виттофт

Микроскоп оборудован цифровой камерой, не

— Ману де Ханой,

@CarlWitthoft не так уж странно, взгляните на конфокальные лазерные сканирующие микроскопы

— Ману де Ханой

Ответы:

Почему это сложно

Один микрон находится на границе того, что теоретически возможно. Вы не можете создать параллельный луч в этом масштабе. Один микрон почти равен длине волны света, который вы пытаетесь сфокусировать, поэтому обычные правила оптики не применяются.

Лазеры обычно производят так называемый гауссов луч, и они имеют отличительную форму. Вы можете сфокусировать их на маленькую точку, но только если вы хотите, чтобы луч становился намного шире до и после пятна. Взглянув на луч, вы увидите что-то вроде этого:

^{(изображение из Википедии )}

Точка, в которой луч находится в самом узком месте, называется «талией». В этот момент балка имеет диаметр . На расстоянии от талии, в любом направлении, луч увеличился в два раза по площади или в раза в диаметре. $W_0$ $Z_R$ $\sqrt2$

Уравнение, связывающее и : где - длина волны используемого вами лазера. Если мы предположим, что дешевый лазерный диод 1000 нм и талия 1 , то равен 3,1 мкм. Если вы перейдете на дорогой синий лазер, вы можете получить до 7,7um. $W_0$ $Z_R$

Z_{R} = \frac{π W_{0}^{2}}{λ}

$Z_R = \frac{\pi W_0^2}{\lambda}$

λ

$\lambda$

Z_{R}

$Z_R$

Z_{R}

$Z_R$

Как это сделать

Вам нужно будет поместить лазерный луч в сходящуюся линзу и поместить образец в фокус. Конвергентная линза должна быть очень высокого качества, она должна удерживаться и ориентироваться с точностью до микрона. Реально, вы, вероятно, не сможете получить достаточно хороший одиночный объектив, поэтому вам понадобится сборка объективов. Возможно, объектив микроскопа сработает, но вы не сможете подобрать второй, достаточно близкий к образцу.

Я ожидаю, что лучшим вариантом будет купить микроскоп со встроенной функцией. Это также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что он будет иметь все необходимые меры предосторожности, чтобы луч никогда не попадал в окуляры.

— Джек Б
источник

спасибо за ваш ответ, я хочу параллельный луч, поэтому нет фокуса и талии, вы уверены, что вышеприведенное применимо?

— Ману де Ханой

@ManudeHanoi последний абзац самый удачный ...

— Солнечный Майк

@ManudeHanoi Выше это в значительной степени фундаментальный закон физики света. Есть некоторые лазейки, например, если вы можете погрузить ваш образец и линзу в токсичное масло с высоким показателем преломления, вы можете удвоить длину талии. В противном случае вы застряли с уравнением выше. Вам нужно будет принять большую талию, более короткий Zr или использовать лазер с более короткой длиной волны.

— Джек Б

Если у вас есть одна выпуклая и одна вогнутая линза, вы можете эффективно уменьшить лазерный луч и сделать его более концентрированным, сохраняя при этом параллельный луч. Я считаю, что это называется линза Галилея. Потребовалось бы некоторое усилие, чтобы разместить их точно, чтобы у вас была ширина всего 1um. Если он достаточно сконцентрирован (что, безусловно , если он сходится до 1um), он может легко обжечь вашу кожу и намного легче ваши глаза . Ваши глаза не восстанавливаются, когда повреждены больше, чем малейшее. Будьте осторожны при работе с лазерами.

— Барт
источник

хмммм .... OP не указал параллельный луч. Опять же, он не указал ни одного.

— Карл Виттофт,

@CarlWitthoft я предпочитаю параллельный луч

— Ману де Ханой

Если вам нужна небольшая область освещения на плоскости объекта, начните с того, что сфокусируйте ваш источник на 1-микронном отверстии, а затем перенесите это отверстие (достаточно одной двояковыпуклой линзы) на плоскость объекта. Имейте в виду, что:
1) через отверстие будет проходить довольно мало света,
2) из-за дифракционных эффектов вы получите центральное пятно и окружающие кольца освещения. Как Джек Б. указал в своем ответе (для параллельного луча), вы не можете сделать лучше, чем это.

— Карл Виттофт
источник