Что такое лазерный расширитель пучка?
Лазерный расширитель пучка — это оптическая система, обычно состоящая из двух линз, которая увеличивает диаметр коллимированного лазерного луча, пропорционально уменьшая его угловую расходимость. Расширители широко применяются в лазерной резке, интерферометрии, лазерной дальнометрии и оптической связи в открытом пространстве, где более широкий и лучше коллимированный пучок улучшает фокусировку и снижает расхождение луча на больших расстояниях.
Как пользоваться калькулятором
Введите фокусное расстояние входной (первой) линзы \(f_1\) и выходной (второй) линзы \(f_2\) — оба в миллиметрах. Укажите диаметр входного пучка и его расходимость (в миллирадианах). Калькулятор рассчитает кратность увеличения, диаметр расширенного выходного пучка и новый, уменьшенный угол расходимости.
Разбор формулы
Для двухлинзового расширителя кеплеровского или галилеевского типа кратность увеличения равна отношению фокусных расстояний: $$MP = \frac{f_2}{f_1}$$ Поскольку оптическая пропускная способность (этандю) сохраняется, диаметр пучка увеличивается во столько же раз, во сколько уменьшается расходимость: $$D_{out} = D_{in} \cdot MP \qquad \theta_{out} = \frac{\theta_{in}}{MP}$$ Именно эта обратная зависимость объясняет, почему более широкий пучок остаётся коллимированным на больших дистанциях.
Пример расчёта
Пусть \(f_1 = 10\) мм, \(f_2 = 50\) мм, диаметр входного пучка 1 мм, а расходимость 1 мрад. Тогда $$MP = \frac{50}{10} = 5\times$$ Диаметр на выходе равен \(1 \times 5 = 5\) мм, а выходная расходимость составит \(1/5 = 0{,}2\) мрад — пучок становится в 5 раз шире и в 5 раз менее расходящимся.
Частые вопросы
Имеет ли значение расстояние между линзами? Да — для правильной коллимации линзы должны быть разнесены на \(f_1 + f_2\), чтобы система была афокальной. Калькулятор предполагает идеальную афокальную схему.
В чём разница между галилеевской и кеплеровской схемами? В галилеевской схеме входная линза отрицательная (без внутреннего фокуса, что хорошо для высоких мощностей), а в кеплеровской используются две положительные линзы с внутренним фокусом. Обе схемы подчиняются формуле \(MP = f_2/f_1\).
Может ли MP быть меньше 1? Да; если \(f_2 < f_1\), система сужает пучок (работает как уменьшитель пучка) и увеличивает его расходимость.
