激光扩束镜原理.doc

激光扩束镜原理激光扩束镜原理衍射通常我们以光束的发散参数作为完美的高斯激光束的特征发散是指光波在其空间传播过程中以一定角度展开甚至完美的没有任何异常的光线也会由于衍射效应经历某些光束的发散衍射是指光线在被不透明的物体，比如刀锋切断的时候产生的弯曲效应展开（spreading）产生于在切断的边缘发出的次级波面阵这些次级波和主波会发生干涉，同时相互也会产生干涉，在某些时候就会形成复杂的衍射图案衍射使得完美的校准光束成为不可能，或者不能够将光束聚焦到无限小的点幸运的是衍射的效果是能够被计算的因此存在着可以预知对于任何衍射极限的透镜光束被准直的程度和光斑大小的理论我们现在考虑一束这样由低功率 TEM00 气体激光器产生的光束，光腰为 S0这样我们就能够假定它能够达到衍射极限同时能够不用考虑任何热透镜效应它将会显现出由于衍射引起的光腰的弯曲，或者说展开效应：S(x)=S0[1+(λx/πS0)]1，那么：S(x)≈λx/πS0利用这个近似值，我们可以写出光束由于衍射发散的角度：θ= S(x)/x=λ/πS0θ 我们都知道指的是远场发散角改善发散角光束的远场发散定义了一个给定光束直径最好的准直效果。

它也说明了光束的零发散角或者说最好的准直是不可能达到的，因为要做到这些需要有无穷大的光束直径但是这个等式也表明了改善发散的可能性考虑一个已经准直的光束，发散角为 θ 光腰为 S0，我们可以看到如果光束直径能够增大，远场发散角将会减小这就是扩大光束的优点所在另外，小的发散能够使高斯光束聚焦得更好为了实现这些改善，在这里我们将描述几种对准直光束扩束的方法伽利略扩束镜最通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜一般的低倍数的扩束镜都用该原理制造，因为它简单、体积小、价格也低一般的尽可能的被设计为小的球面相差，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开普勒扩束镜事实上在需要空间滤波或者进行大倍率的扩束的时候，人们一般使用开普勒设计的望远镜开普勒望远镜一般有一个凸透镜作为输入镜片，把实焦距聚焦的光束发送到输出元件上另外，可以通过在第一个透镜的焦点上放置小孔来实现空间滤波。