激光扩束计算器

激光扩束器是一种无焦光学系统，可在增大光束直径的同时减小角发散。它通常由两片透镜组成，排列方式类似望远镜。扩束倍率也称放大倍率，等于输出光束直径除以入射光束直径。在理想系统中，它也等于第二片透镜与第一片透镜焦距绝对值之比。五倍扩束器可将 2 mm 的入射光束扩展为 10 mm 的输出光束。 光学扩展量守恒解释了相应的发散角变化。忽略像差、光束截断和有限孔径引入的衍射时，角发散会按扩束倍率减小。入射发散角为 1 mrad 的光束通过五倍扩束器后，理想输出发散角为 0.2 mrad。这种直径与发散角的权衡适用于远距离传输、激光雷达、干涉测量、材料加工、对准，以及需要较小远场光斑的应用。 本计算器给出扩束后的直径、理想输出发散角，以及所需的第二片透镜焦距绝对值。输入第一片透镜焦距的绝对值，即可用同一套计算方法处理两种常见结构。开普勒式扩束器使用两片正透镜，间距约为两者焦距之和。它具有内部焦点，可对光束进行空间滤波，并使图像倒置。伽利略式扩束器采用负的第一片透镜和正的第二片透镜，间距约为两者焦距绝对值之差。它结构更短且无内部焦点，在高功率应用中可能更有优势。 实际设计不能只考虑近轴倍率关系。透镜有效通光孔径应在标称光束直径之外留有余量；根据可接受的截断程度，常需留出若干光束半径。镀膜必须匹配波长和功率，透镜材料必须能承受脉冲能量或连续光强。像差、入射准直程度、透镜间距、光束质量及对准情况均会影响实际发散角。因此，结果是理想化的初步规格，而非完整的光学设计。可用它比较扩束方案和焦距组合，再通过高斯光束传播、孔径检查、损伤阈值、机械公差及实测光束参数验证设计。