扩束镜的激光扩束原理及功能
衍射现象描述了光线在遇到不透明物体时的弯曲效应,导致光束在传播过程中产生发散。对于完美的高斯激光束,发散参数成为其特征。由于衍射,即便是理想状态的光束也无法避免发散。衍射效应可以通过计算预测,从而预知透镜对光束准直的程度和光斑大小。考虑由低功率TEM00气体激光器产生的光束,其光腰为S0。
减小聚焦光斑尺寸: 通过调整光束直径,激光扩束镜能够缩小聚焦光斑尺寸,这对于精确应用非常重要。其计算涉及多种因素,如激光波长、透镜焦距、输入光束直径、透镜折射率及光束发散因子。
开普勒扩束镜是另一种用于空间滤波和高倍率扩束的应用。这类扩束镜采用凸透镜作为输入镜片,能够将实焦距聚焦的光束发送到输出元件。通过在第一个透镜的焦点上放置小孔,可以实现空间滤波,有效去除光束中的不规则成分。开普勒扩束镜的设计灵活性较高,能够满足特定应用需求。
激光扩束镜主要有两个用途:其一是扩展激光束的直径;其二是减小激光束的发散角。因此,它被用于远距离照明或投影 ,以及聚焦系统。一束被扩束的光束的发散角,和扩束比成反比例变化。和未经扩束的光束相比,扩束后的光束可被聚焦得更小。
何为激光发散角
激光发散角,是由于激光的前后的光学器件的角度未调整好而发生的。特别是大型的激光器后端的凹面镜要求是很高的。简易的激光笔试没有的。
简单的说就是激光从输出镜出射光斑大小为A1经过一段距离光斑大小为A2 用A2-A1 计算出光斑变化量,运用三角函数就可以计算出激光的发散角度。
激光光束在远离激光器束腰的远距离上,由于衍射而产生发散。在长工作距离应用,如激光雷达系统中,物体与激光系统间可能达数百米,发散性成为关键问题。光束发散度由激光器的半角定义,高斯光束的发散角(θ)与腰斑半径(ω0)成负相关。即,腰斑半径越小,发散角θ越大,光束发散程度越显著。
例如,从激光器中出射的光束具有较小的束散角,因为激光器产生的光线相对集束和聚焦。发散角:含义:发散角是指从不同方向的光线汇聚到一个点或通过透镜后汇聚的角度。表现:光束的发散角越大,表示光线从不同方向汇聚得越快,光束在传播过程中变得越聚焦。
为什么激光不容易发散开?
1、第二种情况是受激辐射,即这个电子和光场的激发态,即光子耦合,这样就会辐射出一个传播方向和能量都与这个光子相同的光子。一般情况下两者会共存,但是第二种情况如果初始的光子方向都是随机的,那么受激辐射出来光子也是发散的。
2、此外,激光还有其它特点:相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致,使激光光波在空间重叠时,重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉,所以激光是相干光。而普通光源发出的光,其频率、振动方向、相位不一致,称为非相干光。闪光时间可以极短。
3、因为激光产生是在光学谐振腔里完成的。光学谐振腔就是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。激光器的必要组成部分,通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。
4、激光器发射的激光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散度极小,大约只有0.001弧度,接近平行。