由望遠鏡到激光擴束系統

激光擴束鏡就是一種將準直輸入光束的直徑擴大到更大的準直輸出光束的光學系統。擴束鏡常用于如激光打標機、激光切割機、激光焊接機、激光打孔機、激光掃描、干涉測量、遙測應用中。現在的激光擴束鏡都是從完善的光學望遠鏡基礎上發展而來的無焦系統設計。

在激光擴束器中，物鏡和成像透鏡的位置顛倒，也就如同把望遠鏡反過來用。開普勒式擴束器設計為使準直輸入光束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域（圖 1）。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。在高功率激光應用中，聚焦點處空氣的電離也可能是一個問題。有鑒于此，大部分擴束器都選擇使用伽利略式設計或其變體（圖 2）。然而，開普勒式設計在需要空間濾光的激光應用中仍然非常有用，因為它們提供了一個便于放置空間濾光片的焦點。

開普勒式擴束器有一個內部焦點，這不利于高功率應用，但適用于低功率應用的空間濾光

伽利略式擴束器沒有內部焦點，非常適合高功率激光器應用

使用開普勒式或伽利略式設計于激光擴束器應用時，重要的是能夠計算出輸出光束發散。這決定了與完美平行光線的偏差。光束發散取決于輸入激光光束直徑和輸出激光光束直徑。

激光擴束的應用

（1）激光器的輸出光束直徑一般固定，為滿足不同需求，大都需要激光擴束系統，激光擴束首先可以將功率密度降低，從而降低激光誘導損傷的概率，延長激光組件的壽命

（2）在傳輸距離較遠時，最大限度的減小光束發散。

舉例進行說明：假設一擴束系統參數如下，激光擴束器放大倍數 = MP = 10X，輸入光束直徑 = 1mm，輸入光束發散 = 0.5mrad，工作距離 = L = 100m。

則經擴束后光束輸出直徑為：

若不經擴束則：

可見使用擴束后 ，可極大的減小激光長距離傳輸時的光束發散程度。

（3）最大限度的減小聚焦光斑尺寸

光斑尺寸通常是以光束中心為圓心，強度為中心強度處作為圓的半徑，理想透鏡聚焦光斑尺寸通?？砂慈缦鹿剿?/p>

光斑尺寸基本上由衍射和相差的組合決定，這其中相差又主要是指球差，因此公式列出了衍射項與球差項兩項。衍射項中可以看出，焦距越短，光斑越小，還有輸入直徑越大，光斑越小。從一方面講，經過擴束，使輸入直徑增加，衍射項減小，但隨之亦導致球差項增加。因此在實際應用中應根據實際情況進行權衡。