Calculadora de expansor de haz láser

Un expansor de haz láser es un sistema óptico afocal que aumenta el diámetro del haz y reduce su divergencia angular. Suele utilizar dos lentes dispuestas como un telescopio. El factor de expansión, también llamado aumento, es el diámetro del haz de salida dividido entre el de entrada. En un sistema ideal también equivale al cociente de las magnitudes de las distancias focales de la segunda lente y la primera. Un expansor de cinco aumentos transforma un haz de entrada de 2 mm en uno de salida de 10 mm. La conservación de la étendue óptica explica el cambio correspondiente de divergencia. Si se ignoran las aberraciones, el recorte del haz y la difracción causada por aperturas finitas, la divergencia angular se divide entre el factor de expansión. Un haz de entrada de 1 mrad que atraviesa un expansor de cinco aumentos sale idealmente con una divergencia de 0.2 mrad. Este intercambio resulta útil en propagación a larga distancia, lidar, interferometría, procesamiento de materiales, alineación y aplicaciones que requieren un punto pequeño en campo lejano. Esta calculadora muestra el diámetro expandido, la divergencia ideal de salida y la magnitud necesaria de la distancia focal de la segunda lente. Acepta la magnitud de la primera distancia focal para aplicar el mismo cálculo a las dos configuraciones habituales. Un expansor kepleriano utiliza dos lentes positivas separadas aproximadamente por la suma de sus distancias focales. Forma un foco interno, permite filtrar espacialmente el haz e invierte la imagen. Un expansor galileano usa una primera lente negativa y una segunda positiva, separadas aproximadamente por la diferencia entre las magnitudes de sus distancias focales. Es más corto y no tiene foco interno, lo que puede ser ventajoso a alta potencia. El diseño práctico exige más que relaciones paraxiales. Las aperturas útiles de las lentes necesitan margen respecto al diámetro nominal del haz, normalmente varios radios del haz según el recorte aceptable. Los recubrimientos deben adecuarse a la longitud de onda y la potencia, y los materiales deben soportar la energía de pulso o la intensidad continua. Las aberraciones, la colimación de entrada, la separación de lentes, la calidad del haz y la alineación afectan a la divergencia obtenida. Por ello, el resultado es una especificación inicial ideal, no un diseño óptico completo. Úsalo para comparar aumentos y pares de distancias focales; después verifica el diseño mediante propagación gaussiana, comprobaciones de apertura, umbrales de daño, tolerancias mecánicas y parámetros medidos del haz.