レーザービームエキスパンダー計算

レーザービームエキスパンダーは、ビーム径を広げると同時に発散角を小さくするアフォーカル光学系です。通常は望遠鏡のように配置した二枚のレンズを使います。拡大倍率は、出力ビーム径を入力ビーム径で割った値です。理想的な系では、第2レンズと第1レンズの焦点距離の絶対値の比にも一致します。五倍のエキスパンダーは、2 mm の入力ビームを 10 mm の出力ビームに広げます。 光学的エタンデュの保存により、発散角も対応して変化します。収差、ケラレ、有限開口による回折を無視すると、発散角は拡大倍率で割った値になります。1 mrad の入力ビームが五倍のエキスパンダーを通ると、理想的には 0.2 mrad の発散角で出射します。この関係は、長距離伝搬、ライダー、干渉計測、材料加工、位置合わせなど、遠方で小さなスポットが必要な用途に役立ちます。 この計算機は、拡大後の径、理想出力発散角、必要な第2レンズの焦点距離の絶対値を表示します。第1焦点距離の絶対値を入力するため、一般的な二種類の構成に同じ計算を適用できます。ケプラー式は二枚の正レンズを使い、間隔はおよそ焦点距離の和です。内部焦点を形成し、空間フィルタリングが可能で、像は反転します。ガリレオ式は第1レンズが負、第2レンズが正で、間隔はおよそ焦点距離の絶対値の差です。全長が短く内部焦点がないため、高出力で有利な場合があります。 実際の設計には近軸での比率以外も考慮する必要があります。レンズの有効開口は公称ビーム径より余裕を持たせ、許容するケラレに応じて、一般にビーム半径の数倍程度を考慮します。コーティングは波長と出力に適合し、レンズ材料はパルスエネルギーや連続光の強度に耐える必要があります。収差、入力光のコリメーション、レンズ間隔、ビーム品質、位置合わせは実際の発散角に影響します。そのため、結果は理想的な初期仕様であり、完成した光学設計ではありません。拡大倍率や焦点距離の組み合わせを比較した後、ガウシアンビーム伝搬、開口、損傷しきい値、機械公差、実測ビーム特性で設計を確認してください。