Расширитель лазерного луча

1. Определение

Расширитель лазерного луча — это оптическая система, которая может расширять диаметр параллельного входного луча до заданного увеличения и параллельно выводить луч. Этот тип оптической системы, которая не имеет чистой фокусировки или чистой расходимости для параллельных лучей, обычно называется афокальной системой, что означает, что эквивалентное фокусное расстояние оптической системы бесконечно. Эта оптическая система часто может состоять из пары оптических элементов, расстояние между которыми должно быть равно сумме их соответствующих фокусных расстояний: d=f ₁ +f _2. Оптический телескоп представляет собой типичную афокальную систему. оптическая система исходит из бесконечности.Изображение также находится в бесконечности (свет - параллельный свет).

2. Функции

1. Расширьте или уменьшите диаметр параллельно падающего лазерного луча ;

2. Доступны различные кратные ;

3. Могут быть спроектированы различные конструкции .

3. Иллюстрировать

Большинство существующих расширителей лазерного луча используют конструкции афокальной системы, разработанные на основе полных оптических телескопов. Оптические телескопы можно в основном разделить на две категории: телескопы-рефракторы и телескопы-отражатели. Как следует из названия, телескопы-рефракторы в полной мере используют линзы для преломления. или преломлять свет, а телескопы-рефлекторы используют зеркала для отражения света. Аналогично расширители лазерного луча также можно разделить на рефракционные и отражательные.

Рефракционные расширители пучка можно разделить на две категории: кеплеровы и галилеевы. Кеплеровы расширители луча состоят из линз с положительным фокусным расстоянием (рис. 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема оптического пути кеплеровского расширителя луча. 

Как показано на рисунке 1, в структуре оптического пути расширителя луча Кеплера фокус передней и задней линзы совпадает, а увеличение М объекта определяется соотношением фокусных расстояний двух линз, которое составляет :

М=ж ₂ /ж ₁

f ₁ и f ₂ — фокусные расстояния входной и выходной линз расширителя луча соответственно. Фокус расширителя луча Кеплера расположен внутри системы, а на выходе формируется перевернутое изображение.Иногда необходимо добавить после этого систему вертикального изображения, что удлинит оптический путь расширителя луча Кеплера; При этом за счет системы внутри находится настоящий фокус, на котором пользователям удобно размещать прицельную сетку для наблюдения, а также можно разместить апертуру для фильтрации для получения более стандартного гауссова луча. Следует отметить, что расширитель кеплеровского луча концентрирует коллимированный входной луч в точке между объективом и линзой изображения, тем самым образуя область, в которой фокусируется энергия лазера. Эта сконцентрированная точка будет нагревать пространство между линзами. Воздух преломляется . свет на оптическом пути, что может вызвать ошибки волнового фронта. Ионизация воздуха в точке фокусировки также может стать проблемой, особенно при использовании мощных лазеров. По этой причине в большинстве расширителей луча используется конструкция Галилея .

Расширитель луча Галилея состоит из положительной линзы и отрицательной линзы (рис. 2 ) . В системе расширителя луча Галилея увеличение M объекта также определяется соотношением фокусных расстояний двух линз, которое составляет :

Рисунок 2. Принципиальная схема оптического пути расширителя луча Галилея. 

f ₁ и f ₂ — фокусные расстояния входной и выходной линз расширителя луча соответственно. Поскольку одна из линз в системе расширителя луча Галилея является отрицательной линзой , внутри системы нет реального фокуса, поэтому расстояние между двумя линзами короче , чем у кеплеровского расширителя луча , что более благоприятно для конструкции и построение компактной структуры оптического пути. В то же время пользователям не нужно беспокоиться о больших ошибках волнового фронта, вызванных чрезмерной концентрацией лазерной энергии.

Кроме того, независимо от того, применяется ли конструкция расширителя луча кеплеровского или галилеева лазера, помимо увеличения системы существует еще более важный параметр: угол расхождения выходного луча θ _O . θ _O определяет отклонение выходного луча от идеально параллельного луча.Угол расхождения имеет следующую зависимость от диаметра входного/выходного лазерного луча:

Судя по фактическим результатам расширения луча, увеличение M расширителя луча также можно выразить через угол расхождения луча или диаметр луча:

Можно обнаружить, что угол расхождения θ _O уменьшается с увеличением диаметра выходного пучка D _{O , и наоборот.} Поэтому, выбирая расширитель для расширения малого луча, следует обратить внимание на то, что стоимость реализации малого луча – больший угол расхождения.

В отличие от двух более типичных рефракционных расширителей луча, описанных выше, в которых для расширения луча используются линзы, отражающий расширитель луча использует отражение от изогнутой поверхности для достижения изменения диаметра луча (рис. 3 ). Хотя отражательные расширители луча менее распространены, чем рефракционные расширители луча, они по-прежнему играют жизненно важную роль в широкополосных приложениях благодаря своим характеристикам, свободным от хроматических аберраций. Например, некоторые мультилазерные системы, перестраиваемые лазеры и сверхбыстрые лазеры требуют ахроматических свойств отражающих расширителей луча.

Рисунок 3. Принципиальная схема оптического пути отражательного расширителя луча. 

Расширители луча LBTEK обладают превосходными характеристиками и могут достигать дифракционного предела, а также предоставляют различные услуги по настройке, включая настройку специальных размеров, увеличений и других показателей. Для конкретных потребностей в настройке, пожалуйста, свяжитесь со службой технической поддержки LBTEK .