Qu'est-ce qu'un expanseur de faisceau laser ?
Un expanseur de faisceau laser est un système optique, généralement composé de deux lentilles, qui augmente le diamètre d'un faisceau laser collimaté tout en réduisant proportionnellement sa divergence angulaire. On le retrouve couramment dans la découpe laser, l'interférométrie, la télémétrie laser et les communications optiques en espace libre, où un faisceau plus large et mieux collimaté améliore la focalisation et limite l'étalement sur de longues distances.
Comment utiliser ce calculateur
Saisissez la focale de la lentille d'entrée (la première) \(f_1\) et celle de la lentille de sortie (la seconde) \(f_2\), toutes deux en millimètres. Indiquez ensuite le diamètre de votre faisceau d'entrée ainsi que sa divergence (en milliradians). Le calculateur vous renvoie le facteur de grossissement, le diamètre du faisceau élargi en sortie, ainsi que le nouvel angle de divergence, plus faible.
La formule expliquée
Pour un expanseur à deux lentilles de type Kepler ou Galilée, le facteur de grossissement correspond au rapport des deux focales : $$MP = \frac{f_2}{f_1}$$. Comme le débit optique (étendue) se conserve, le diamètre du faisceau augmente du facteur \(MP\) tandis que la divergence diminue d'autant : $$D_{out} = D_{in} \cdot MP$$ et $$\theta_{out} = \frac{\theta_{in}}{MP}$$. C'est cette relation inverse qui explique qu'un faisceau plus large reste collimaté sur de plus grandes distances.
Exemple concret
Supposons \(f_1 = 10\) mm, \(f_2 = 50\) mm, un faisceau d'entrée de 1 mm de diamètre et une divergence de 1 mrad. On obtient alors $$MP = \frac{50}{10} = 5\times.$$ Le diamètre de sortie vaut \(1 \times 5 = 5\) mm, et la divergence en sortie \(\frac{1}{5} = 0{,}2\) mrad : un faisceau à la fois plus large et 5 fois moins divergent.
FAQ
L'écartement des lentilles a-t-il une importance ? Oui : pour une collimation correcte, les lentilles doivent être séparées d'une distance égale à \(f_1 + f_2\), de sorte que le système soit afocal. Ce calculateur suppose un agencement afocal idéal.
Quelle différence entre une conception de Galilée et de Kepler ? Le montage de Galilée utilise une lentille d'entrée divergente (pas de foyer interne, idéal pour les fortes puissances), tandis que celui de Kepler emploie deux lentilles convergentes avec un foyer interne. Les deux obéissent à la relation \(MP = \frac{f_2}{f_1}\).
Le grossissement peut-il être inférieur à 1 ? Oui : si \(f_2 < f_1\), le système réduit le faisceau (il s'agit alors d'un réducteur de faisceau) et augmente sa divergence.
