？約束激光光束為什麼要用空間濾波器，不能直接加光闌

如果一束He-ne激光，光束直徑為7mm，我想約束它的光束直徑為4mm，為什麼通常採用的是針孔式的空間濾波方式實現，而不是用一個直徑為4mm的光闌？

@大片 評論說的很對，的確自己回答問題時候邏輯有些混亂。

"我覺得這應該分兩部分。

第一部分是縮束，即利用透鏡組合改變光束大小。

第二部分是濾波，即利用小孔濾掉高頻成分，保持光斑質量。

如果單純的縮束的話，濾波器並不是必須的。"

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直接加光闌不是不可以，但是要考慮功率大小損耗，光束形狀質量變化是否對後續使用有影響。

光束直徑為7mm，直接加光闌的話結果是提取了一個近似環狀的4mm的光束+邊緣的衍射效應，也就是說你的光束的強度等分布不再是典型的高斯光束了（模擬計算自然也不能用高斯光束了），光束質量下降，也會有比較大的功率損耗。

其次針孔式的空間濾波可以利用透鏡組實現擴束或縮束，同時可以提高光束質量。

空間濾波器的基本結束及參數選擇

輸入的高斯光束有空間變化的強度雜訊。當通過非球面透鏡聚焦光束時，入射光束轉變為一個中心高斯光斑（在光軸方向上）和邊緣條紋結構，這說明有我們不希望看到的雜訊存在。條紋的徑向位置和雜訊的空間頻率成比例。通過在高斯光斑中心加一個針孔，邊緣條紋就會被擋掉而只有中心乾淨的部分透過（見下圖）：

99%的輪廓處的衍射極限光斑尺寸由下式給出：

衍射極限光斑尺寸

λ 表示波長，f表示焦距，r表示入射光束1/e2 處的半徑。比衍射極限光斑尺寸大30%的針孔允許聚焦高斯光斑透過，同時阻擋了偏離軸心的雜訊條紋。

例如，假設您使用一個650納米的二極體激光器光源，其直徑為1.2毫米（1/e2），通過空間濾波系統以後，您希望得到直徑約為4.4毫米的光斑。基於這些參數，C560TME-B安裝好的非球面透鏡是空間濾波系統入射部分的合適選擇，因為它專為650納米波長設計，通光孔徑為5.1毫米，足夠容納該激光光源的整個直徑範圍。

99%的輪廓處的衍射極限光斑尺寸計算公式已經在上面給出，針對這個例子，對於C560TM-B， λ = (650 x 10-9 米)，f = 13.86毫米，r = 0.6

毫米，代入上式，我們得到

衍射極限光斑尺寸（650納米光源, ?1.2毫米光束）

應該選擇比D約大30%的針孔。如果針孔太小，光束就會被擋掉一部分；如果針孔太大，除了TEM00 模以外的其他部分就會透過針孔。因此，對於這種情況，針孔的尺寸最理想的是19.5微米。因此，我們推薦使用安裝好的針孔P20S，它的針孔尺寸為20微米。 改變參數，如輸入光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距，可以改變光束束腰直徑，從而改變需要的針孔尺寸。減小入射光束直徑會增加束腰直徑。使用更長焦距的聚焦透鏡也會增加光束束腰直徑。

最後，我們需要選擇空間濾波器輸出端的光學元件，以確保輸出光束的直徑是我們希望得到的4.4毫米。為了確定合適的透鏡焦距，考慮到下面的圖表，沒有按照比例繪製。從左邊的三角形我們可以推斷出，角度大約為2.48o。在右邊的三角形中使用該角度，可以計算出平凸透鏡的焦距，大約為50毫米。

對於這個焦距，我們推薦LA1131-B平凸透鏡[其設計波長（λ＝633納米）處的焦距f=50毫米）該產品適用於650納米的光源）]。

注意: 擴束比等於輸出部分的焦距除以入射部分的焦距。

所以你大約可以選擇近似7:4的擴束比調製激光直徑

說明來源，thorlabs官網

還有一個原因：只含低頻成分的光束短距離傳播不會有變化，但焦平面光闌是否能等同於頻率域濾波呢？