レーザーに関して。。。

　レーザー光を平凸レンズに入射するとします。このときレンズのサイズがレーザーのサイズより十分大きければスポットでのビームの形状は入射時のものを小さくした形をしていると思うのですが、レンズのサイズがレーザーのサイズよりも小さかったらスポット位置でのビームの形状はどのようになっているのでしょうか？教えてください。計算の仕方がわかればなおいいです。

No.3 ベストアンサー 回答者： noname#11476 回答日時： 2004/02/24 09:26

微粒子に働く力ということは、焦点近傍の電場の大きさを知りたいということですね。

うーん。これは単純ではありません。

定性的に考えれば、ビームにけられがある（円形開口で一部を失う）方が電場は小さくなる、また回折効果により一点には集まらないから焦点でのエネルギーも小さくなり、電場は弱くなる、つまり力は小さくなると考えられます。

が、焦点近傍の電場の挙動というのは実は単純ではありません。かなり複雑な形になるのが普通です（たとえ単純なガウスビームでも複雑です）。そのため本当にその微粒子にかかる力がどちらに大きいのかというのは計算してみないとわかりません。これはフーリエ光学と呼ばれる考え方で取り扱います。

わかりやすい説明としては、日本光学会の学会誌の「光学」（第２１巻、第７号，１９９２年７月と第２２巻、第８号，１９９２年８月）に「フレッシュマンのための現代光学」というシリーズで「焦点近傍の光学」と題してニコンの大木氏が解説していますから、探してみてください。その参考文献から実際のやり方などもわかると思います。

では。

この回答へのお礼

ありがとうございます。フーリエ光学の参考書を探したら関連ありそうなことが書いてありました。がんばって計算してみようと思います。

お礼日時：2004/02/24 16:06

No.2 回答者： noname#11476 回答日時： 2004/02/23 19:40

＞ビームの形状は入射時のものを小さくした形をしていると思うのですが、

とは限りません。ＴＥＭ００モードのガウシャンビームであればそうなりますが。

＞スポット位置でのビームの形状はどのようになっているのでしょうか？
言葉では簡単に言えません。
これは、レンズの前にマスクを用意してビームを切り出しても同じですね。
たとえばマスクが円形開口であれば、ビームを円形開口で切り出したときの
フランフォーファ回折像が焦点位置に出来ます。

ですから、レーザがＴＥＭ００のガウシャンビームとして、円形開口で切り出した時のフランフォーファ回折像を計算すればよいです。
とはいえその積分は解析的には解けないと思いますので、数値計算してください。
（ビーム径よりもずっと円形開口の方が小さければ近似する手もありますが）

この回答へのお礼

　ありがとうございます。実はTEM00のガウシアンビームをレンズで集光したとき、スポット付近にある微粒子に働く双極子力を計算したいのです。
　例えばガウシアンビームをビームエキスパンダーで拡大する場合、（レンズ径＜ビーム径）のようにしたら、スポット付近の微粒子に働く力は（レンズ径＞ビーム径）の場合と比べて大きくなるでしょうか？

お礼日時：2004/02/24 00:44

No.1 回答者： old98best 回答日時： 2004/02/23 19:11

レンズが小さい場合、レンズに入った分だけの光がスポットに集められた形になります。

丸いレンズなら丸、四角いレンズなら四角ですね。
レンズに入った光で、スポットに集められた部分以外は何も無い、つまりレンズの影になります。
レンズに入らなかった光は、そのままでレンズと無関係です。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2004/02/24 00:26