激光扩束镜

YXsensing

扩束镜是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。从激光器发出的激光束具有一定的发散角，对于激光加工来说，只有通过扩束镜的调节使激光光束变为准直（平行）光束，才能利用聚焦镜获得细小的高功率密度光斑；在激光测距中，必须通过扩束镜最大限度地改善激光的准直度才能得到理想的远距离测量效果；通过扩束镜能改变光束直径以便用于不同的光学仪器设备；扩束镜配合空间滤光片使用则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。

最通用的扩束镜起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入负透镜和一个输出正透镜。输入镜将一个虚焦点光束传送给输出镜，两个透镜是虚共焦结构。一般小于 20 倍的扩束镜都用该原理制造，因为它简单、体积小、价格也低。尽可能的该扩束镜设计成小的球面相差、低的波前变形和消色差。它的局限性在于不能容纳空间滤波或者进行大倍率的扩束。

如右图所示，输入镜将入射的激光束聚焦在前焦平面上（虚焦点），新的束腰ω′0 和发散角θ′为

式中ω(l)为入射激光束在入射镜上光束半径，l 是入射激光束腰与入射镜的距离，f1 是输入镜的焦距。因为 ω0′ 落在输出镜的后焦平面上，并且输出镜的焦距 f2 大于输入镜的焦距，高斯光束将被扩束镜准直。

准直倍率如下：

式中 T1 = f2/f1，θ 和 ω0 是入射光束的发散角和束腰。经过扩束镜后，束腰 ω″0 和发散角 θ″ 为

从(4)至(7)式可以看出，扩束倍数和准直倍率不仅与扩束镜的参数有关，还与激光束参数和扩束镜透镜的位置有关。扩束镜的功能是降低激光束的发散角，进而使激光器聚焦光斑更小。