ما هو موسّع شعاع الليزر؟
موسّع شعاع الليزر منظومة بصرية تتكوّن عادةً من عدستين، تعمل على زيادة قطر شعاع الليزر المُجمّع (المتوازي) مع خفض تباعده الزاوي بنفس النسبة. تُستخدم الموسّعات على نطاق واسع في قطع الليزر، وقياس التداخل (الإنترفيرومتري)، وقياس المسافات بالليزر، والاتصالات البصرية في الفضاء الحر، حيث يُحسّن الشعاع الأوسع والأكثر توازيًا من جودة التبئير ويقلّل من تشتته على المسافات الطويلة.
كيفية استخدام هذه الحاسبة
أدخِل البُعد البؤري للعدسة الأولى (عدسة الدخل) \(f_1\) والعدسة الثانية (عدسة الخرج) \(f_2\)، وكلاهما بالملّيمتر. ثم أضِف قطر شعاع الدخل ومقدار تباعده (بالملّي راديان). ستعطيك الحاسبة معامل التكبير، وقطر شعاع الخرج بعد التوسيع، وزاوية التباعد الجديدة الأصغر.
شرح المعادلة
في الموسّع ثنائي العدسة من النوع الكبلري أو الجاليلي، يساوي معامل التكبير نسبة البُعدين البؤريين: $$MP = \frac{f_2}{f_1}$$ وبما أنّ الناتج البصري (الإيتاندو) يبقى محفوظًا، فإنّ قطر الشعاع يتضاعف بمقدار \(MP\) بينما ينخفض التباعد بنفس المعامل: $$D_{out} = D_{in} \cdot MP$$ $$\theta_{out} = \frac{\theta_{in}}{MP}$$ هذه العلاقة العكسية هي السبب في بقاء الشعاع الأوسع متوازيًا عبر مسافات أطول.
مثال محلول
لنفترض أنّ \(f_1 = 10\) ملم، و\(f_2 = 50\) ملم، وقطر شعاع الدخل 1 ملم، وتباعده 1 ملّي راديان. عندئذٍ يكون التكبير $$MP = \frac{50}{10} = 5\times$$ ويصبح قطر الخرج \(1 \times 5 = 5\) ملم، أمّا تباعد الخرج فهو \(\frac{1}{5} = 0.2\) ملّي راديان — أي شعاع أوسع بخمس مرّات وأكثر تركيزًا بخمس مرّات.
الأسئلة الشائعة
هل تهمّ المسافة بين العدستين؟ نعم — لتحقيق التوازي الصحيح يجب أن تفصل بين العدستين مسافة قدرها \(f_1 + f_2\) ليصبح النظام لابؤريًا (أفوكال). تفترض هذه الحاسبة ترتيبًا لابؤريًا مثاليًا.
ما الفرق بين التصميم الجاليلي والكبلري؟ يستخدم التصميم الجاليلي عدسة دخل سالبة (دون بؤرة داخلية، وهو مناسب للقدرات العالية)، بينما يستخدم التصميم الكبلري عدستين موجبتين مع بؤرة داخلية. وكلاهما يتبع المعادلة \(MP = \frac{f_2}{f_1}\).
هل يمكن أن يكون التكبير أقل من 1؟ نعم؛ فإذا كان \(f_2 < f_1\) فإنّ النظام يُصغّر الشعاع (مُصغّر شعاع) ويزيد من تباعده.
