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激光擴束鏡是能夠改變激光光束直徑和發(fā)散角的透鏡組件。

激光擴束鏡的原理

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

激光擴束鏡的組成

激光擴束鏡系統(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具有虛焦點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結(jié)構(gòu)(即凹透鏡的虛焦點與凸透鏡的虛焦點重合為一點)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上，產(chǎn)生的一個新的光束束腰W₀和新的擴散角θ。

激光擴束鏡的分類

激光擴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，兩個透鏡的焦點重合，兩個透鏡的間隔約等于兩個透鏡的焦距之和。當(dāng)準(zhǔn)直光入射后將兩透鏡之間形成一個能量匯聚焦點，在這個焦點上設(shè)置小孔光闌，可以實現(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。

伽利略式結(jié)構(gòu)由一個正透鏡一個負(fù)透鏡組成，兩透鏡間距為兩焦距之差。相較于開普勒式，兩個透鏡的光焦度更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊，價格也更便宜。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)部沒有聚焦點使其更適用于高功率激光應(yīng)用。

它主要有兩個用途：其一是擴展激光束的直徑；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。

激光擴束鏡的應(yīng)用

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

CO2激光擴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激光擴束鏡則用于對Nd:YAG激光光束進(jìn)行擴束，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，激光擴束鏡的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，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，隨著人工智能和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，激光擴束鏡也將朝著智能化和自動化方向發(fā)展，例如實現(xiàn)自動對焦、自動調(diào)節(jié)倍數(shù)等功能。