Bộ Mở Rộng Chùm Laser Là Gì?
Bộ mở rộng chùm laser là một hệ quang học, thường gồm hai thấu kính, có nhiệm vụ tăng đường kính của chùm laser đã chuẩn trực đồng thời giảm độ phân kỳ góc một cách tỷ lệ. Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong cắt laser, giao thoa kế, đo khoảng cách bằng laser và truyền thông quang học không gian tự do — những lĩnh vực mà một chùm tia lớn hơn, chuẩn trực hơn sẽ giúp hội tụ tốt hơn và giảm sự lan tỏa theo khoảng cách.
Cách Sử Dụng Máy Tính Này
Nhập tiêu cự của thấu kính đầu vào (thấu kính thứ nhất) \(f_1\) và thấu kính đầu ra (thấu kính thứ hai) \(f_2\), cả hai tính bằng milimét. Bổ sung đường kính chùm đầu vào và độ phân kỳ của nó (tính bằng miliradian). Máy tính sẽ trả về độ phóng đại, đường kính chùm đầu ra đã được mở rộng và góc phân kỳ mới nhỏ hơn.
Giải Thích Công Thức
Đối với bộ mở rộng hai thấu kính kiểu Kepler hoặc Galilei, độ phóng đại bằng tỷ số giữa hai tiêu cự: \(MP = f_2 / f_1\). Vì độ thông lượng quang học (étendue) được bảo toàn, nên đường kính chùm tăng lên theo hệ số \(MP\) trong khi độ phân kỳ giảm xuống cùng hệ số đó:
$$D_{out} = D_{in} \times MP$$$$\theta_{out} = \theta_{in} / MP$$Chính mối quan hệ nghịch đảo này là lý do vì sao một chùm tia rộng hơn vẫn giữ được tính chuẩn trực trên những khoảng cách xa hơn.
Ví Dụ Tính Toán
Giả sử \(f_1 = 10\) mm, \(f_2 = 50\) mm, chùm đầu vào có đường kính 1 mm và độ phân kỳ 1 mrad. Khi đó $$MP = 50/10 = 5\times.$$ Đường kính đầu ra là \(1 \times 5 = 5\) mm, và độ phân kỳ đầu ra là \(1/5 = 0{,}2\) mrad — chùm tia rộng gấp 5 lần và độ phân kỳ chặt hơn 5 lần.
Câu Hỏi Thường Gặp
Khoảng cách giữa các thấu kính có quan trọng không? Có — để chuẩn trực đúng cách, hai thấu kính nên được đặt cách nhau một khoảng \(f_1 + f_2\) sao cho hệ trở thành hệ afocal (vô tiêu). Máy tính này giả định một cấu hình afocal lý tưởng.
Sự khác biệt giữa thiết kế Galilei và Kepler là gì? Kiểu Galilei dùng thấu kính đầu vào âm (không có điểm hội tụ bên trong, phù hợp với công suất cao), còn kiểu Kepler dùng hai thấu kính dương với một điểm hội tụ bên trong. Cả hai đều tuân theo công thức \(MP = f_2/f_1\).
\(MP\) có thể nhỏ hơn 1 không? Có; nếu \(f_2 < f_1\) thì hệ sẽ thu nhỏ chùm tia (bộ thu hẹp chùm) và làm tăng độ phân kỳ.
