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激光擴(kuò)束鏡是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。

激光擴(kuò)束鏡的原理

激光擴(kuò)束鏡的原理與望遠(yuǎn)鏡的原理類似，同屬于無焦系統(tǒng)。

激光擴(kuò)束鏡的組成

激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)由2片透鏡組成,其中一片是靠近入射端的凹透鏡 (也稱為輸入負(fù)透鏡);另一片是靠近出射端的凸透鏡(也稱為輸出正透鏡);入射端的凹透鏡將一個(gè)具有虛焦點(diǎn)的激光束投射到出射端的凸透鏡上, 由此兩面透鏡構(gòu)成了虛擬的共用焦點(diǎn)結(jié)構(gòu)(即凹透鏡的虛焦點(diǎn)與凸透鏡的虛焦點(diǎn)重合為一點(diǎn))平行光入射光學(xué)系統(tǒng)，并平行光出射。

式中W(h)----入射激光束在入射鏡上的光束半徑

f₁----入射端凹透鏡的焦距

f₂----出射褍凸透鏡的焦距

λ----入射激光光束的波長，是一個(gè)常量

W₀----入射激光束的束腰

入射激光束投射到輸入端的凹透鏡上，激光束聚焦在虛焦點(diǎn)上，產(chǎn)生的一個(gè)新的光束束腰W₀和新的擴(kuò)散角θ。

激光擴(kuò)束鏡的分類

激光擴(kuò)束鏡可分為開普勒式和伽利略式兩種。

開普勒式由兩片正透鏡組成，兩個(gè)透鏡的焦點(diǎn)重合，兩個(gè)透鏡的間隔約等于兩個(gè)透鏡的焦距之和。當(dāng)準(zhǔn)直光入射后將兩透鏡之間形成一個(gè)能量匯聚焦點(diǎn)，在這個(gè)焦點(diǎn)上設(shè)置小孔光闌，可以實(shí)現(xiàn)空間濾波，提高激光的品質(zhì)，但在高功率應(yīng)用中，可能會產(chǎn)生自聚焦以及空氣電離的風(fēng)險(xiǎn)。

伽利略式結(jié)構(gòu)由一個(gè)正透鏡一個(gè)負(fù)透鏡組成，兩透鏡間距為兩焦距之差。相較于開普勒式，兩個(gè)透鏡的光焦度更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊，價(jià)格也更便宜。另外，由于正負(fù)透鏡的球差效應(yīng)相反，伽利略式可以減少一部分球差，更適用于大口徑以及非旋轉(zhuǎn)對稱光束。伽利略結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有聚焦點(diǎn)使其更適用于高功率激光應(yīng)用。

它主要有兩個(gè)用途：其一是擴(kuò)展激光束的直徑；其二是減小激光束的發(fā)散角。從激光器發(fā)出的激光束具有一定的發(fā)散角，對于激光加工來說，只有通過擴(kuò)束鏡的調(diào)節(jié)使激光光束變?yōu)闇?zhǔn)直（平行）光束，才能利用聚焦鏡獲得細(xì)小的高功率密度光斑；在激光測距中，必須通過擴(kuò)束鏡最大限度地改善激光的準(zhǔn)直度才能得到理想的遠(yuǎn)距離測量效果；通過擴(kuò)束鏡能改變光束直徑以便用于不同的光學(xué)儀器設(shè)備；擴(kuò)束鏡配合空間濾光片使用則可以使非對稱光束分布變?yōu)閷ΨQ分布，并使光能量分布更加均勻。

激光擴(kuò)束鏡的應(yīng)用

在應(yīng)用方面，不同類型的激光擴(kuò)束鏡在實(shí)際應(yīng)用中具有不同的功能和效果，

CO2激光擴(kuò)束鏡可用于改變激光光束直徑和發(fā)散角，適用于激光切割、焊接、打孔、打標(biāo)等激光加工設(shè)備中。

Nd:YAG激光擴(kuò)束鏡則用于對Nd:YAG激光光束進(jìn)行擴(kuò)束，適用于激光切割、焊接、打孔、打標(biāo)等激光加工設(shè)備，也可用于激光醫(yī)療、激光測距等領(lǐng)域。

激光擴(kuò)束鏡還可以用于改善激光束的質(zhì)量，例如減小激光束的發(fā)散角、提高激光束的亮度和均勻性等。

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光擴(kuò)束鏡的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，例如在激光通信、激光雷達(dá)、激光顯示、輸電線路遠(yuǎn)距離激光清障裝置等領(lǐng)域中，激光擴(kuò)束鏡都有著廣泛的應(yīng)用前景。

在未來發(fā)展方面，隨著科技的飛速發(fā)展，激光擴(kuò)束鏡也將不斷創(chuàng)新和完善。例如，通過采用新材料和新工藝，可以提高激光擴(kuò)束鏡的性能和質(zhì)量，使其更加適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。同時(shí)，隨著人工智能和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，激光擴(kuò)束鏡也將朝著智能化和自動化方向發(fā)展，例如實(shí)現(xiàn)自動對焦、自動調(diào)節(jié)倍數(shù)等功能。