激光擴束器設計用于擴大平行輸入光束的直徑較大的平行輸出光束,。激光擴束器常用于如激光掃描、干涉測量或遙測應用中?，F(xiàn)在的激光擴束器都是采用從完善的光學望遠鏡基礎中發(fā)展而來的無焦系統(tǒng)設計,。在此類系統(tǒng)中，位于無窮遠的物體光線,，以平行的方式進入內(nèi)部光學件的光軸中,，同時也以平行的方式離開。這意味著整個系統(tǒng)不具備焦距,。
理論：望遠鏡
傳統(tǒng)上,，光學望遠鏡主要用于觀察遠處的目標，例如宇宙中的天體,。光學望遠鏡主要可分為兩大類：折射望遠鏡和反射望遠鏡,。折射望遠鏡充分利用透鏡來折射或彎曲光線，而反射望遠鏡則是利用反射鏡來反射光線,。
折射望遠鏡可分為以下兩類：開普勒式望遠鏡和伽利略式望遠鏡,。開普勒式望遠鏡由焦距為正的透鏡組合而成，而透鏡是通過焦距總和分割（圖1）,。離來源圖像或被觀察物體近的透鏡被稱為物鏡,，而靠近人眼或成像的透鏡則成為成像透鏡,。
圖1: 開普勒式望遠鏡
伽利略式望遠鏡由正透鏡和負透鏡組合而成，透鏡也是通過焦距總和分割（圖2）,。但是,，由于其中一個透鏡為負透鏡，因此兩個透鏡之間的距離比開普勒式望遠鏡的透鏡距離短,。需要注意的是,，使用兩個透鏡之間的有效焦距能夠獲得出色的近似總長度，而使用后焦距則能夠獲得準確的結果,。
圖2: 伽利略式望遠鏡
望遠鏡的放大倍數(shù)或放大倍數(shù)的倒數(shù)等于物鏡焦距和目鏡焦距的比值,。
若放大倍數(shù)大于1，則望遠鏡將物體放大,；若放大倍數(shù)小于1,，則望遠鏡將物體縮小。
理論：
在結構中,，物鏡和成像透鏡的位置顛倒,。平行輸入光束在開普勒式中集中在物鏡和成像透鏡之間的一個點上，進而形成一個激光能量聚焦的區(qū)域（圖3）,。該集中的點會加熱透鏡之間的空氣,，折射光路中的光線，而這有可能會造成波前誤差,。有鑒于此,，大部分都選擇使用伽利略式設計或其變體（圖4）,。
圖3： 開普勒式
圖4：伽利略式
使用開普勒式或伽利略式設計于應用時,，重要的是能夠計算出輸出光束發(fā)散，這將決定了平行光線的偏差,。光束發(fā)散取決于輸出激光光束直徑和輸出激光光束直徑,。
放大倍數(shù)(MP)現(xiàn)在即可依據(jù)光束發(fā)散或光束直徑來表示。
解上述方程式時,，可以看到輸出光束直徑(DO)提高時,，則輸出光束發(fā)散減少，以此類推,。所以,，如果您將來縮小激光光束，光束直徑將會縮小,，但激光的光束發(fā)散將會提高,。小光束的代價就是形成很大的擴張角。
除此之外,，能夠在特定工作距離(L)計算出輸出光束直徑也是極為重要的,。輸出光束直徑是在特定工作距離(L)后輸入光束直徑和光束發(fā)散的函數(shù)（圖5）,。
Figure 5: Calculating the Output Beam Diameter at a Specific Working Distance
激光光束發(fā)散是以全角的，所以上述方程式是以θI表示,，而非θI/2.,。
由于會隨放大倍數(shù)而提高輸入光束，以及降低輸入光束發(fā)散,，因此將方程式(4)和(5)代入方程式(6)會獲得如下結果,。
應用示例
示例1
以數(shù)值示例探究先前所述的方程式。
初始參數(shù) 放大倍數(shù) = MP = 10X
輸入光束直徑 = 1mm
輸入光束發(fā)散 = 1mrad
工作距離 = L = 100m
計算參數(shù)
輸出光束直徑
在不具備使用方程式(6)的的情況下,，將此與光束直徑相比較,。
雖然會因特定的擴束功率而提高輸入激光光束，但它也會因相同的擴束功率而降低光束發(fā)散,，進而在較大距離下形成較小的平行光束,。
示例2
使用在長工作距離中降低激光光束發(fā)散的理論示例。
為改善光束準直,，可用于集中激光光束,。下表顯示了5X、10X和20X的的模擬聚焦性能,。光斑尺寸的量度單位為微米,，假設M2=1，使用直徑為0.63mm,，波長為632.8nm的激光光束,，以此計算得出平行的輸入光束。
注意：上表所列的1/e2 光斑直徑是從以下方程式計算得出：2 * f/# * 波長,，f/#為工作f/#,。
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