擴束鏡的原理是什么?擴束鏡和準直鏡有什么區(qū)別?

時間：2023-10-27 21:50:04

關(guān)鍵字：擴束鏡指數(shù) 準直鏡

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[導(dǎo)讀]為增進大家對擴束鏡的認識，本文將對擴束鏡的原理、擴束鏡對準直光束擴束的方法以及擴束鏡和準直鏡區(qū)別予以介紹。

擴束鏡是一種透鏡組件，透鏡組件有很多，比如我們放大鏡、顯微鏡都是。為增進大家對擴束鏡的認識，本文將對擴束鏡的原理、擴束鏡對準直光束擴束的方法以及擴束鏡和準直鏡區(qū)別予以介紹。如果你對擴束鏡具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、擴束鏡原理

擴束鏡是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。

1、衍射

通常我們以光束的發(fā)散參數(shù)作為完美的高斯激光束的特征。發(fā)散是指光波在其空間傳播過程中以一定角度展開。甚至完美的沒有任何異常的光線也會由于衍射效應(yīng)經(jīng)歷某些光束的發(fā)散。衍射是指光線在被不透明的物體，比如刀鋒切斷的時候產(chǎn)生的彎曲效應(yīng)。展開(spreading)產(chǎn)生于在切斷的邊緣發(fā)出的次級波面陣。這些次級波和主波會發(fā)生干涉，同時相互也會產(chǎn)生干涉，在某些時候就會形成復(fù)雜的衍射圖案。

衍射使得完美的校準光束成為不可能，或者說不能夠?qū)⒐馐劢沟綗o限小的點。幸運的是衍射的效果是能夠被計算的。因此存在著可以預(yù)知對于任何衍射極限的透鏡光束被準直的程度和光斑大小的理論。

我們考慮一束這樣由低功率氣體激光器產(chǎn)生的光束，光腰為S0。這樣我們就能夠假定它能夠達到衍射極限同時能夠不用考慮任何熱透鏡效應(yīng)。它將會顯現(xiàn)出由于衍射引起的光腰的彎曲，或者說展開效應(yīng)：

S(x)=S0[1+(λx/πS02)2]?

在這里x是指離開光源的距離，λ是指激光波長，如果λx/πS02?1，那么：

S(x)≈λx/πS02

利用這個近似值，我們可以寫出光束由于衍射發(fā)散的角度：

θ= S(x)/x=λ/πS0

θ我們都知道指的是遠場發(fā)散角。

2、改善發(fā)散角

光束的遠場發(fā)散定義了一個給定光束直徑最好的準直效果。它也說明了光束的零發(fā)散角或者說最好的準直是不可能達到的，因為要做到這些需要有無窮大的光束直徑。但是這個等式也表明了改善發(fā)散的可能性。

考慮一個已經(jīng)準直的光束，發(fā)散角為θ光腰為S0，我們可以看到如果光束直徑能夠增大，遠場發(fā)散角將會減小。這就是擴大光束的優(yōu)點所在。另外，小的發(fā)散能夠使高斯光束聚焦得更好。為了實現(xiàn)這些改善，在這里我們將描述幾種對準直光束擴束的方法。

二、對準直光束擴束的方法

1、伽利略擴束鏡

最通用的擴束鏡類型起源于伽利略望遠鏡，通常包括一個輸入的凹透鏡和一個輸出的凸透鏡。輸入鏡將一個虛焦距光束傳送給輸出鏡。一般的低倍數(shù)的擴束鏡都用該原理制造，因為它簡單、體積小、價格也低。一般的盡可能的被設(shè)計為小的球面相差，低的波前變形和消色差。它的局限性在于不能容納空間濾波或者進行大倍率的擴束。

2、開普勒擴束鏡

事實上在需要空間濾波或者進行大倍率的擴束的時候，人們一般使用開普勒設(shè)計的望遠鏡。開普勒望遠鏡一般有一個凸透鏡作為輸入鏡片，把實焦距聚焦的光束發(fā)送到輸出元件上。另外，可以通過在第一個透鏡的焦點上放置小孔來實現(xiàn)空間濾波。

激光擴束鏡一般由3個鏡片組成，其特點是：

出光的準直性好

體積小、長度短

可以根據(jù)用戶的要求設(shè)計加工鏡筒

激光擴束鏡參數(shù)

型號材料激光波段(μm) 擴束倍率

光學(xué)玻璃 1.064 ×2

光學(xué)玻璃 1.064 ×3

光學(xué)玻璃 1.064 ×4

光學(xué)玻璃 1.064 ×5