إن موسع الشعاع هو مكون بصري قادر على تغيير القطر وزاوية التباعد لحزمة الضوء. يلعب دورًا مهمًا في الأنظمة البصرية.
1. تعريف موسع الشعاع
يتكون موسع الشعاع عادة من مجموعة من العدسات التي يمكن أن توسع شعاع ليزر الإدخال أو حزم الضوء الأخرى ، مما يزيد من قطرها وربما يغير زاوية الاختلاف. الأنواع المختلفة من موسعات الشعاع لها تصميمات وهياكل مختلفة ، ولكن هدفها المشترك هو ضبط خصائص الحزمة لتلبية متطلبات التطبيق المحددة.
2. وظائف موسع الشعاع
(1) تغيير قطر الحزمة
- في العديد من التطبيقات البصرية ، هناك حاجة إلى حزم لأقطار محددة. على سبيل المثال ، في معالجة الليزر ، يمكن أن يغطي قطر الحزمة الأكبر منطقة معالجة أكبر. باستخدام موسع الشعاع ، يمكن توسيع شعاع ضيق إلى الحجم المطلوب.
- بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب إضاءة موحدة ، مثل أنظمة إضاءة المجهر ، يمكن أن يوسع موسع الحزمة الحزمة المنبعثة من مصدر الضوء لتوفير المزيد من الإضاءة.
(2) ضبط زاوية تباعد الشعاع
- زاوية الاختلاف للحزمة أمر بالغ الأهمية لأداء النظام البصري. يمكن أن يقلل موسع الشعاع من زاوية الاختلاف (الصيغة: θ ≈ λ / (π * d)) ، مما يجعل الحزمة أكثر مواءمة ، وبالتالي تحسين مسافة الإرسال وتركيز الأداء.
- في أنظمة الاتصال البصرية ، هناك حاجة إلى حزم مع زوايا التباعد المنخفضة لضمان انتقال الإشارة المستقرة. يمكن لمستهدف الحزمة ضبط شعاع الإدخال لتلبية متطلبات نظام الاتصال البصري.
(3) تمكين العمليات البصرية عالية الدقة
- تتطلب بعض الأنظمة البصرية عالية الدقة ، مثل الملقط البصري ، التحكم الدقيق في خصائص الشعاع. يمكن أن يكون موسع الشعاع جزءًا من نظام معالجة شعاع الملقط البصري ، ويعمل بالاقتران مع المكونات البصرية الأخرى لضمان إضاءة الفتحة الخلفية للهدف بالكامل أثناء تمكين وضع الفخ.
- في تحديد المواقع النانوية وتشكيل الشعاع عالي الدقة ، يمكن استخدام موسع الشعاع مع المحركات مثل المحركات بالموجات فوق الصوتية لتحقيق التحكم الدقيق في الحزمة.
(4) التكيف مع تطبيقات الطول الموجي متعدد
-في الأنظمة البصرية متعددة الطول الموجي ، مثل Lidar متعدد الطول الموجي ، تكافح موسعات شعاع النقل البسيطة التقليدية من أجل تحقيق تمدد الشعاع في وقت واحد في أطوال موجية متعددة بسبب الانحراف اللوني. لمعالجة ذلك ، يمكن تصميم موسعات الشعاع المتخصصة ، مثل موسع الشعاع العاكسة خارج المحور ، للاستخدام في أنظمة LIDAR متعددة الطول.
(5) تحسين أداء النظام البصري
-في تصميم موسعات شعاع هارتمان ذات الفخار الكبير ، يتم إدخال الأسطح الخالية من المرتبة العالية في العدسة الموضوعية لتصحيح الانحرافات الناجمة عن عدسات الفتحة النسبية الكبيرة ، وبالتالي تحسين أداء النظام البصري.
- بالنسبة للأنظمة البصرية المتخصصة ، مثل مقاييس التداخل في Michelson في أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ، يمكن أن يقلل تلسكوبات بوسع الحزمة الزاوية عن حجم الحزمة وأبعاد الخائن مع تحسين كفاءة وقت المراقبة ، وتوفير نقاط تشخيص الحزمة اللازمة ، وتسهيل توافق الشعاع.
3. أنواع موسعات الشعاع
تنقسم موسع الشعاع في المقام الأول إلى فئتين: الانكسار (القائم على العدسة) وعاكس (قائم على المرآة).
(1) موسعات شعاع الانكسار (تعتمد على العدسة)
تعمل موسعات شعاع الانكسار بناءً على مبدأ انكسار العدسة وعادة ما تتكون من عدستين أو أكثر. تشمل الأنواع الشائعة موسع شعاع الجليليان وموسعات شعاع Keplerian.
(2) موسع شعاع عاكسة (تعتمد على المرآة)
تعمل موسعات الشعاع العاكسة بناءً على مبدأ انعكاس المرآة وعادة ما تتكون من مرايا منحنية أو أكثر. تشمل الأنواع الشائعة موسعات الحزمة العاكسة خارج المحور وموسعات الحزمة العاكسة المحورية.
(3) مقارنة بين موسعات الشعاع الانكسارية والعاكسة
- موسع شعاع الانكسار: مضغوط ، مناسب لتطبيقات الطاقة المنخفضة إلى المتوسطة ، ولكن قد يقدم انحراف لوني.
- موسع الشعاع العاكسة: مثالي للتطبيقات عالية الطاقة ، خالية من الانحراف اللوني ، ولكن أكثر حمصًا وأكثر تعقيدًا لمحاذاة.
4. أمثلة التطبيق
-
- الملاحظة الفلكية: يتم استخدام موسع الشعاع العاكسة في أنظمة التلسكوب لتوسيع مجال الرؤية.
- القياس البصري: يتم استخدام موسعات شعاع الانكسار في مقاييس التداخل بالليزر والتجارب البصرية.
- اتصال الليزر: يتم استخدام موسع شعاع الانكسار لتوصيل الشعاع والتوسع.
ملخص
تعتبر موسعات الشعاع مكونات أساسية في الأنظمة البصرية ، مما يتيح التحكم الدقيق في قطر الحزمة وزاوية الاختلاف لتلبية احتياجات التطبيق المتنوعة. يعتمد تصميمهم واختيارهم على عوامل مثل الطول الموجي والطاقة وحالات الاستخدام المحددة. مع التطورات في التكنولوجيا ، تستمر موسعات الشعاع في التطور ، مما يوفر أداءً محسّنًا وتنوعًا في المجالات التي تتراوح من معالجة الليزر إلى المراقبة الفلكية.