空間濾波器

激光束在通過反射鏡或透鏡等光學(xué)元件后，光束的波面會(huì)逐漸惡化。另外受光學(xué)元件上小灰塵顆粒的影響，可能會(huì)產(chǎn)生觀測(cè)對(duì)象中本來不存在的衍射環(huán)?？臻g濾波器可以去除光束波面中的雜亂波面成分，得到更完美的球面波。

原理

平面波通過一個(gè)理想的凸透鏡后，通常會(huì)聚為一個(gè)小點(diǎn)。但非平面波的成分會(huì)被散落到此主光斑的周圍。如果在主光斑的位置放置一個(gè)和主光斑一樣大的小孔，則主光斑（球面波）能通過小孔，而非平面波的成分將被遮擋，而不能通過小孔。

使用空間濾波器時(shí)，必須選配物鏡的光斑大小和針孔的尺寸。

如果針孔直徑比光斑大很多，則出射光中會(huì)含有較多的非球面波的成分或噪聲。

相反，如果針孔直徑太小，則容易出現(xiàn)同心衍射環(huán)。

構(gòu)成

空間濾波器一般由顯微物鏡和針孔組成。另外通常有調(diào)節(jié)物鏡和針孔之間距離的平臺(tái)和調(diào)節(jié)聚光點(diǎn)與針孔相對(duì)位置的十字調(diào)整鏡架。

關(guān)于空間濾波器的調(diào)節(jié)方法可參考干涉儀的有關(guān)部分。

選定方法

設(shè)計(jì)空間濾波器時(shí)，需要保證針孔尺寸與光斑直徑的匹配。

光斑直徑可以通過物鏡入射光束直徑和物鏡焦距估算。

這時(shí)光束直徑（2ωο）處的強(qiáng)度為大值的10％多（1/e2＝0.135），如選用此尺寸的針孔直徑，入射光能量會(huì)損失約15％。

考慮到激光束照射到針孔邊緣時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，通常選取的針孔直徑是理論會(huì)聚光斑直徑（1/e2）的2倍。如果選擇這個(gè)尺寸，則入射光能的損失為0.03％，也不用擔(dān)心激光束照射到針孔邊緣的問題了。

針孔直徑　A=4ωο

選用例

案件(A)　　氦氖激光器　　05-LHP-111　　光束直徑(出射口，1/e²)　　0.59mm⇒　選擇針孔 PA-25 (25µm)

　　　　　　物鏡　　　　　OBL-20　　　　焦距　　　　　　　　　　9mm　　　對(duì)應(yīng)產(chǎn)品 : SFB-16RO-OBL20-25

案件(B)　　氦氖激光器　　05-LHP-171　　光束直徑(出射口，1/e²)　　1.02mm⇒　選擇針孔 PA-25 (25µm)

　　　　　　物鏡　　　　　OBL-10　　　　焦距　　　　　　　　　　16.56mm　對(duì)應(yīng)產(chǎn)品 : SFB-16RO-OBL10-25

結(jié)果

注意事項(xiàng)

上述計(jì)算是激光與物鏡相距較近時(shí)的計(jì)算方法。激光遠(yuǎn)離物鏡時(shí)，因?yàn)榧す馐陌l(fā)散，進(jìn)入物鏡時(shí)的光束直徑會(huì)變大。

入射光束直徑變大后，光斑直徑將成反比縮小。

因此，需要選擇更小的針孔。

入射光束直徑由右式計(jì)算。

d = dh＋α×L

激光出射口光束直徑 (直徑, 1/e?) : dh

激光束發(fā)散角 (全角) : α

激光器至物鏡距離 : L