扩束镜也称准直镜,常用的扩束镜是一个伽利略望远镜系统,通常由一个负透镜和正透镜组成,且两个透镜是共焦的。这类扩束镜的优点是结构简单、成本较低、体积较小,已广泛用于激光打标中。
通常我们以光束的发散参数作为高斯激光束的特征。发散是指光波在其空间传播过程中以一定角度展开。甚至没有任何异常的光线也会由于衍射效应经历某些光束的发散。衍射是指光线在被不透明的物体,比如刀锋切断的时候产生的弯曲效应。展开(spreading)产生于在切断的边缘发出的次级波面阵。这些次级波和主波会发生干涉,同时相互也会产生干涉,在某些时候就会形成复杂的衍射图案。
伽利略扩束镜通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜,通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜。输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜。一般的低倍数的扩束镜都用该原理制造,因为它简单、体积小、价格也低。一般的尽可能的被设计为小的球面相差,低的波前变形和消色差。它的局限性在于不能容纳空间滤波或者进行大倍率的扩束。
开普勒扩束镜事实上在需要空间滤波或者进行大倍率的扩束的时候,人们一般使用开普勒设计的望远镜。开普勒望远镜一般有一个凸透镜作为输入镜片,把实焦距聚焦的光束发送到输出元件上。另外,可以通过在第一个透镜的焦点上放置小孔来实现空间滤波。
激光扩束镜主要有两个用途:其一是扩展激光束的直径;其二是减小激光束的发散角。因此,它被用于远距离照明或投影,以及聚焦系统。一束被扩束的光束的发散角,和扩束比成反比例变化。和未经扩束的光束相比,扩束后的光束可被聚焦得更小。激光扩束准直镜的倍率即光束直径的放大倍率。从激光器输出的激光束的光斑尺寸和发散角乘积是光学不变量,近似为一定值。当束腰半径扩大x倍时,其发散角相应压缩为原来的1/x,压缩发散角实际就是激光的准直。压缩发散角并不能改善光束质量,光束质量是束腰半径和发散角的乘积;压缩发散角的同时将伴随束腰半径的增加,则光斑尺寸增大。激光标记机中常和平场聚焦透镜配合起来使用。
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