一些有关光的传播和发散角的疑问

liujam · 发表于 2005-9-10 09:39

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。

x

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？ 另外，很多地方说激光的方向性好，说什么"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几百米，得到的照度有-2lx，加上光色鲜红，显眼，所以能见到月球上有一个红色光斑．"，（照这样说，不知道会不会一不小心把美苏的航天员给射死） 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。 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...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... 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]

冰冻小章鱼 · 发表于 2005-9-10 19:50

买个好点的望远镜，把激光倒过来射出去，这样是干啥的？

compess · 发表于 2005-9-10 11:04

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
如果没那么亮，可能就是国科的5W机了
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
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
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

潜龙 · 发表于 2005-9-10 20:49

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，

niyang · 发表于 2005-9-11 05:07

<DIV class=quote>以下是引用compess在2005-9-10 3:04:05的发言： 
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
如果没那么亮，可能就是国科的5W机了
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
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
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 </DIV>
那个激光效果我看过
应该是50w级别的
但不知道是不是大族的
西安也有几个大楼安装了激光射灯
功率我估计10w左右
高新的两个灯都是打出一束光
南门外可以打多束
大唐芙蓉园的水幕电影也有用激光来表演的
功率几瓦吧[em01]

funder · 发表于 2005-9-12 18:26

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。

lymex · 发表于 2005-9-12 22:00

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。
发散角的理论极限=1.22 * 光波长 / 口径。
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。
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）
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）。

liujam · 发表于 2005-9-13 00:57

lymex老大，你说的“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”是指物镜对着激光的出光口还是目镜对着激光的出光口？ 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]

lymex · 发表于 2005-9-13 01:54

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。

lymex · 发表于 2005-9-13 02:22

<DIV class=quote>以下是引用潜龙在2005-9-10 12:49:41的发言： 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>
的确，红色激光笔的激光二极管发出的是“点光源”，需要透镜。 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。
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。
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。

powerzwr · 发表于 2005-11-1 17:46

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。

hyori · 发表于 2005-11-2 20:13

不知道用长焦镜头射出去是什么样的

lymex · 发表于 2005-11-9 08:36

<DIV class=quote>以下是引用hyori在2005-11-2 12:13:18的发言： 
不知道用长焦镜头射出去是什么样的</DIV>
 我用了长焦镜头后，聚焦性能良好，10m处还能点火柴.
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。<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="" />

[此贴子已经被作者于2005-11-9 0:53:00编辑过]

lymex · 发表于 2005-11-9 08:48

<DIV class=quote>以下是引用powerzwr在2005-11-1 9:46:27的发言： 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>
 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。

powerzwr · 发表于 2005-11-9 16:20

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。

lymex · 发表于 2005-11-9 16:57

固态激光器一样有同样的发散问题，谁都逃不过物理定律。

玻色子 · 发表于 2006-1-3 03:04

其实月全食的时候是很容易看到的。
红宝石激光器的脉冲功率在1MW(注意,M是"兆"而不是"毫")以上。

玻色子提醒您：当您试图照死别人时，也就暴露了自己。

		自动登录	找回密码
密码			注册成为会员，享受更多功能。