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技術(shù)文章
激光擴束鏡原理
點擊次數(shù)：3905 發(fā)布時間：2009-4-17
激光擴束鏡原理
衍射
通常我們以光束的發(fā)散參數(shù)作為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。甚至的沒有任何異常的光線也會由于衍射效應經(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。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雜的衍射圖案。
衍射使得的校準光束成為不可能，或者不能夠?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。
我們現(xiàn)在考慮一束這樣由低功率TEM00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。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：
S（x）=S0[1+（λx/πS0?）?]?
在這里x是指離開光源的距離，λ是指激光波長，如果λx/πS0??1，那么：
S（x）≈λx/πS0?
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。
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的準直效果。它也說明了光束的零發(fā)散角或者說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。
伽利略擴束鏡
zui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。
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*個透鏡的焦點上放置小孔來實現(xiàn)空間濾波。
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