在光纤光学的世界里，光束的聚焦与准直如同精密的艺术，它们在激光技术和通信领域发挥着关键作用。让我们首先探索激光束的聚焦，如图1所示，它展现了激光从发散到汇聚的神奇过程。
激光聚焦示例</
想象一下，一束HeNe激光器的光，直径仅为0.63mm，发散角仅1.3 mrad，经过25.4mm焦距的透镜聚焦。在理想情况下，如图1所示，半径为0.315mm的激光束聚焦后，光斑直径缩小至33微米，这是在无像差透镜下能达到的最小光斑尺寸。为了进一步减小光斑，我们需要使用更短焦距的透镜或采用扩束技术，但物理限制可能会带来最大光斑尺寸的极限。
准直技术的魔法</
另一方面，准直技术则是将微小光源的光束扩展成直线，如图2所示的点光源。尽管理论上点光源并不存在，但我们需要考虑光源的实际尺寸。例如，一个200微米直径的光纤，其数值孔径NA=0.37，意味着光源半径为100微米。通过25.4mm焦距透镜进行准直，光束将变为9.4毫米半径，发散角约为4 mrad。为了获得更窄的光束，我们不得不接受更大的发散角，而保持远距离的准直则需要更宽的光束直径。
光纤光学的这两个应用，聚焦与准直，展示了光束控制技术的精密与灵活。在实际应用中，理解并优化这些过程对于精密仪器、激光加工和通信技术至关重要。每个微小的改变都可能影响光束的性能，因此对光的聚焦和准直，我们需要精心设计和精确计算。