ビームエキスパンダーは、光ビームの直径と発散角を変えることができる光学成分です。光学システムで重要な役割を果たします。
1。ビームエキスパンダーの定義
ビームエキスパンダーは通常、入力レーザービームまたは他の光ビームを拡張できるレンズのセットで構成され、その直径を増加させ、潜在的に発散角を変えることができます。さまざまな種類のビーム拡張器にはさまざまな設計と構造がありますが、それらの共通の目標は、特定のアプリケーション要件を満たすためにビームの特性を調整することです。
2。ビームエキスパンダーの関数
（1）ビーム径の変化
- 多くの光学アプリケーションでは、特定の直径のビームが必要です。たとえば、レーザー処理では、より大きなビーム径がより大きな加工領域をカバーできます。ビームエキスパンダーを使用することにより、狭いビームを目的のサイズに拡張できます。
- 顕微鏡照明システムなどの均一な照明を必要とするアプリケーションの場合、ビームエキスパンダーは、光源から放出されるビームを拡大して、より均一な照明を提供できます。
（2）ビーム発散角の調整
- ビームの発散角は、光学システムの性能にとって重要です。ビームエキスパンダーは、発散角（式：θ≈λ /（π * d））を減らすことができ、ビームがよりコリメートされ、伝送距離が改善され、パフォーマンスが向上します。
- 光学通信システムでは、安定した信号伝達を確保するために、低分岐角のある梁が必要です。ビームエキスパンダーは、光学通信システムの要件を満たすために入力ビームを調整できます。
（3）高精度の光操作を有効にする
- 光学ピンセットなどの一部の高精度光学システムには、ビーム特性を正確に制御する必要があります。ビームエキスパンダーは、他の光学コンポーネントと組み合わせて作業して、TRAPポジショニングを有効にしながら目的のバックアパーチャが完全に照らされるようにします。
- ナノスケールのポジショニングと高精度のビーム型では、ビーム拡張器を超音波モーターなどのアクチュエーターとともに使用して、正確なビーム制御を実現できます。
（4）マルチ波長アプリケーションへの適応
- マルチ波長LIDARなどのマルチ波長光学システムでは、従来の単純な伝送ビーム拡張器は、色異常による複数の波長で同時にビーム膨張を達成するのに苦労しています。これに対処するために、オフ軸反射ビーム拡張器などの特殊なビーム拡張器を、マルチ波長LIDARシステムで使用するように設計できます。
（5）光学システムのパフォーマンスの最適化
- 大容量の非球面ハートマンビーム拡張器の設計では、大規模な相対開口レンズによって引き起こされる異常を修正するために、高次の非球面表面が対物レンズに導入され、それにより光学システムのパフォーマンスが最適化されます。
- 重力波検出器におけるマイケルソン干渉計などの特殊な光学システムの場合、角度のあるビームエキスパンダー望遠鏡を設置すると、観測時間効率を改善し、必要なビーム診断点を提供し、ビームアライメントを促進することができます。
3。ビーム拡張器の種類
ビーム拡張器は、主に屈折（レンズベース）と反射（ミラーベース）の2つのカテゴリに分割されます。
（1）屈折ビーム拡張器（レンズベース）
屈折ビーム拡張器は、レンズ屈折の原理に基づいて動作し、通常2つ以上のレンズで構成されています。一般的なタイプには、ガリレオビーム拡張器とケプレリアンビーム拡張器が含まれます。
（2）反射ビーム拡張器（ミラーベース）
反射ビーム拡張器は、ミラーリフレクションの原理に基づいて動作し、通常は2つ以上の曲線ミラーで構成されています。一般的なタイプには、軸外反射ビーム拡張器と同軸反射ビーム拡張器が含まれます。
（3）屈折率と反射ビーム拡張器の比較
- 屈折ビーム拡張器：コンパクト、低〜中電力アプリケーションに適していますが、色異常を導入する場合があります。
- 反射ビーム拡張器：高出力アプリケーションに最適で、色異常がありませんが、より大きくて複雑です。
4。アプリケーションの例
- レーザー処理：屈折ビーム拡張器はレーザー切断と溶接で使用されますが、反射ビーム拡張器は高出力レーザー処理で使用されます。
- 天文学的観察：反射ビーム拡張器は、視野を拡張するために望遠鏡システムで使用されます。
- 光学測定：屈折ビーム拡張器は、レーザー干渉計と光学実験で使用されます。
- レーザー通信：屈折式ビーム拡張器は、ビームコリメーションと拡張に使用されます。
まとめ
ビーム拡張器は光学システムの必須コンポーネントであり、ビーム径と発散角を正確に制御して、多様なアプリケーションのニーズを満たすことができます。それらの設計と選択は、波長、パワー、特定のユースケースなどの要因に依存します。テクノロジーの進歩により、ビーム拡張器は進化し続け、レーザー処理から天文学的な観察までの分野でのパフォーマンスと汎用性の向上を提供します。