擴(kuò)束鏡的原理是什么?擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡有什么區(qū)別?

擴(kuò)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(jìn)大家對擴(kuò)束鏡的認(rèn)識，本文將對擴(kuò)束鏡的原理、擴(kuò)束鏡對準(zhǔn)直光束擴(kuò)束的方法以及擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡區(qū)別予以介紹。如果你對擴(kuò)束鏡具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、擴(kuò)束鏡原理

擴(kuò)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(zhǔn)光束成為不可能，或者說不能夠?qū)⒐馐劢沟綗o限小的點(diǎn)。幸運(yùn)的是衍射的效果是能夠被計(jì)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(zhǔn)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(dá)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(yuǎn)場發(fā)散角。

2、改善發(fā)散角

光束的遠(yuǎn)場發(fā)散定義了一個給定光束直徑最好的準(zhǔn)直效果。它也說明了光束的零發(fā)散角或者說最好的準(zhǔn)直是不可能達(dá)到的，因?yàn)橐龅竭@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(zhǔn)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(yuǎn)場發(fā)散角將會減小。這就是擴(kuò)大光束的優(yōu)點(diǎn)所在。另外，小的發(fā)散能夠使高斯光束聚焦得更好。為了實(shí)現(xiàn)這些改善，在這里我們將描述幾種對準(zhǔn)直光束擴(kuò)束的方法。

二、對準(zhǔn)直光束擴(kuò)束的方法

1、伽利略擴(kuò)束鏡

最通用的擴(kuò)束鏡類型起源于伽利略望遠(yuǎn)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(kuò)束鏡都用該原理制造，因?yàn)樗唵巍Ⅲw積小、價格也低。一般的盡可能的被設(shè)計(jì)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(jìn)行大倍率的擴(kuò)束。

2、開普勒擴(kuò)束鏡

事實(shí)上在需要空間濾波或者進(jìn)行大倍率的擴(kuò)束的時候，人們一般使用開普勒設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡。開普勒望遠(yuǎn)鏡一般有一個凸透鏡作為輸入鏡片，把實(shí)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(diǎn)上放置小孔來實(shí)現(xiàn)空間濾波。

激光擴(kuò)束鏡一般由3個鏡片組成，其特點(diǎn)是：

出光的準(zhǔn)直性好

體積小、長度短

可以根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)加工鏡筒

激光擴(kuò)束鏡參數(shù)

型號 材料 激光波段(μm) 擴(kuò)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

三、擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡區(qū)別

準(zhǔn)直鏡：用于CO2激光和紅外光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直鏡，反射式和透射式準(zhǔn)直鏡被用在光束傳遞系統(tǒng)中，以維持激光諧振腔和聚焦光學(xué)元件之間的光束的準(zhǔn)直性。反射式準(zhǔn)直鏡一般使用的是銅制全反鏡，而透射式準(zhǔn)直鏡則使用硒化鋅透鏡。

擴(kuò)束鏡：是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。

擴(kuò)束鏡與準(zhǔn)直鏡都可以起到使激光聚焦效果更好的作用，都是起到準(zhǔn)直的作用似的，兩者有相似的地方，又有區(qū)別的地方。

準(zhǔn)直鏡是針對點(diǎn)光源來說的，而所謂的點(diǎn)光源，我們在生活中見的比較多的如：火柴頭點(diǎn)燃、老式手電筒的燈泡、從能量光纖中出來的激光。而對于我們工業(yè)激光行業(yè)來說，我們談準(zhǔn)直鏡基本就是針對從能量傳輸光纖中出來的激光來談的。

以上便是此次帶來的擴(kuò)束鏡相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對擴(kuò)束鏡已經(jīng)具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!