¿Qué es un expansor de haz láser?
Un expansor de haz láser es un sistema óptico, formado normalmente por dos lentes, que amplía el diámetro de un haz láser colimado y, al mismo tiempo, reduce de forma proporcional su divergencia angular. Estos dispositivos se emplean ampliamente en el corte por láser, la interferometría, la telemetría láser y las comunicaciones ópticas en espacio libre, donde un haz más ancho y mejor colimado mejora el enfoque y minimiza la dispersión a grandes distancias.
Cómo usar esta calculadora
Introduce la distancia focal de la lente de entrada (la primera) \(f_1\) y la de la lente de salida (la segunda) \(f_2\), ambas en milímetros. Añade el diámetro del haz de entrada y su divergencia (en miliradianes). La calculadora te devuelve el factor de aumento, el diámetro del haz de salida ya expandido y el nuevo ángulo de divergencia, más reducido.
La fórmula, paso a paso
En un expansor de dos lentes de tipo kepleriano o galileano, el factor de aumento es el cociente entre las dos distancias focales: $$MP = \frac{f_2}{f_1}$$ Como la luminosidad óptica (étendue) se conserva, el diámetro del haz crece según \(MP\) mientras que la divergencia disminuye en la misma proporción: $$D_{out} = D_{in} \cdot MP \qquad \theta_{out} = \frac{\theta_{in}}{MP}$$ Precisamente esta relación inversa es lo que permite que un haz más ancho se mantenga colimado a lo largo de distancias mayores.
Ejemplo resuelto
Supongamos \(f_1 = 10\) mm, \(f_2 = 50\) mm, un haz de entrada de 1 mm de diámetro y 1 mrad de divergencia. Entonces $$MP = \frac{50}{10} = 5\times$$ El diámetro de salida es \(1 \times 5 = 5\) mm y la divergencia de salida es \(1/5 = 0{,}2\) mrad: un haz 5 veces más ancho y 5 veces más concentrado.
Preguntas frecuentes
¿Influye la separación entre las lentes? Sí. Para lograr una colimación correcta, las lentes deben estar separadas una distancia \(f_1 + f_2\), de modo que el sistema sea afocal. Esta calculadora parte de una disposición afocal ideal.
¿Qué diferencia hay entre el diseño galileano y el kepleriano? El galileano utiliza una lente de entrada negativa (sin foco interno, ideal para altas potencias), mientras que el kepleriano emplea dos lentes positivas con un foco intermedio. Ambos cumplen \(MP = f_2/f_1\).
¿Puede ser \(MP\) menor que 1? Sí. Si \(f_2 < f_1\), el sistema reduce el haz (es un reductor de haz) y aumenta la divergencia.
