扩束镜的原理和扩束镜的作用

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今天介绍一种激光元器件：扩束镜。

扩束镜是什么？

扩束镜是一种光学装置，通常用于激光系统中，用来改变激光光束的直径和发散角。

扩束镜的工作原理是什么？

激光光束的直径和发散角度。

下面是两种常见类型的扩束镜——伽利略式和开普勒式的工作原理简述：

1、伽利略式扩束镜

伽利略式扩束镜由一个负透镜（通常是凹透镜）和一个正透镜（通常是凸透镜）组成。工作过程如下：

激光光束首先通过负透镜，这个透镜的作用是使光线发散。

发散后的光束接着进入正透镜，该透镜将这些光线重新汇聚，但由于两透镜之间的间距设计，使得最终出射的光束直径比入射光束大。

由于光束直径增加了，而总能量保持不变，因此单位面积的能量密度降低，这导致光束的发散角减小，从而提高了光束的质量。

2、开普勒式扩束镜

开普勒式扩束镜则由两个正透镜组成，其工作步骤为：

入射激光光束先被第一个正透镜聚焦到一个中间点（焦点）。

第二个正透镜位于第一个透镜形成的焦点之后，它将聚焦的光束再次放大，产生一个放大的平行光束输出。

与伽利略式不同的是，在开普勒式扩束镜中，可以在两个透镜之间的焦点位置放置一个针孔或者小孔径的空间滤波器，以滤除光束边缘部分的杂散光，进一步提高输出光束的质量。

扩束镜有什么作用呢？

扩束镜的作用体现在下面几个方面：

减少发散角：当激光光束经过扩束镜后，其直径增加，相应的发散角会减小。这对于需要长距离传输激光的应用非常重要，因为较小的发散角意味着光束可以在更远的距离上保持较集中的状态。

提高光束质量：通过扩束，可以减少光束中的相位失真和强度不均匀性，从而提高光束的整体质量。这对于精密加工、显微镜照明等要求高光束质量的应用特别重要。

控制光斑大小：扩束镜允许用户更精确地控制工作表面上的光斑大小。在激光加工过程中，通过调整扩束镜可以得到合适的聚焦光斑尺寸，以满足不同的加工需求。

匹配光学系统：某些光学组件或系统可能对输入光束有特定的要求，比如需要一定直径的光束才能有效工作。扩束镜可以帮助调节激光光束的参数，使之符合后续光学系统的需求。

改善热效应：对于高功率激光系统而言，使用扩束镜可以分散激光能量，减少对光学元件（如反射镜、透镜等）表面的热损伤风险。

空间滤波：在开普勒型扩束镜中，可以在两个透镜间的焦点处插入一个小孔径的空间滤波器，用以过滤掉光束边缘的噪声和不规则部分，进一步净化光束。

扩束镜倍数跟光斑大小的关系

扩束镜的倍数直接影响着激光光束的直径和发散角，进而影响到聚焦后的光斑大小。

光束直径变化：

当激光光束通过扩束镜后，其直径会按照扩束镜的倍数增加。例如，如果一个扩束镜的倍数是10x，那么光束直径将会变为原来的10倍。

发散角减小：

随着光束直径的增加，光束的发散角会相应减小。这是因为光束的发散角（θ）与光束直径（D）成反比关系，可以用公式θ ≈ λ / (π * D) 来近似表示，其中λ是波长。因此，光束直径越大，发散角就越小。

聚焦光斑大小：

聚焦后的光斑大小取决于聚焦透镜的焦距（f）以及光束的发散角（θ）。根据衍射极限，聚焦光斑的最小半径（w0）可以用公式 w0 = f * θ / √2 来估计。因此，发散角越小，聚焦后的光斑也就越小。

实际上，聚焦光斑的大小也受其他因素的影响，如聚焦透镜的质量、激光光束的质量等。

总体而已，扩束镜在激光系统中起着非常重要的作用，扩束镜是激光系统不可或缺的组成部分。

以上就是扩束镜的有关知识，由深圳中为检验为您整理。

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