Ekspander wiązki jest komponentem optycznym zdolnym do zmiany kąt średnicy i rozbieżności wiązki światła. Odgrywa kluczową rolę w systemach optycznych.
1. Definicja ekspandera wiązki
Ekspander wiązki zazwyczaj składa się z zestawu soczewek, które mogą rozszerzyć wejściową wiązkę laserową lub inne wiązki światła, zwiększając ich średnicę i potencjalnie zmieniając kąt rozbieżności. Różne rodzaje ekspanderów wiązki mają różne projekty i konstrukcje, ale ich wspólnym celem jest dostosowanie cech wiązki w celu spełnienia określonych wymagań dotyczących zastosowania.
2. Funkcje ekspandera wiązki
(1) Zmiana średnicy wiązki
- W wielu zastosowaniach optycznych wymagane są wiązki określonych średnic. Na przykład w przetwarzaniu laserowym większa średnica wiązki może obejmować większy obszar przetwarzania. Za pomocą ekspandera wiązki można rozszerzyć wąską wiązkę do pożądanego rozmiaru.
- W przypadku zastosowań wymagających jednolitego oświetlenia, takich jak systemy oświetlenia mikroskopu, ekspander wiązki może powiększyć wiązkę emitowaną przez źródło światła, aby zapewnić większe równomierne oświetlenie.
(2) Regulacja kąta rozbieżności wiązki
- Kąt rozbieżności wiązki ma kluczowe znaczenie dla wydajności układu optycznego. Ekspander wiązki może zmniejszyć kąt rozbieżności (wzór: θ ≈ λ / (π * d)), dzięki czemu wiązka jest bardziej kolimowana, poprawiając w ten sposób odległość transmisji i wydajność skupienia.
- W systemach komunikacji optycznej potrzebne są wiązki o niskiej rozbieżności, aby zapewnić stabilną transmisję sygnału. Ekspander wiązki może dostosować wiązkę wejściową, aby spełnić wymagania systemu komunikacji optycznej.
(3) Włączanie opartych optycznych precyzyjnych
- Niektóre bardzo precyzyjne systemy optyczne, takie jak pincety optyczne, wymagają precyzyjnej kontroli właściwości wiązki. Ekspander wiązki może być częścią optycznego systemu manipulacji belkami, pracującym w połączeniu z innymi komponentami optycznymi, aby upewnić się, że przysłona tylna celu jest w pełni oświetlona, jednocześnie umożliwiając pozycjonowanie pułapki.
- W pozycjonowaniu w nanoskali i kształtowaniu wiązki o wysokim precyzji ekspandery wiązki można stosować z siłownikami takimi jak silniki ultradźwiękowe w celu uzyskania precyzyjnej kontroli wiązki.
(4) Dostosowanie się do aplikacji o długości wielu fal
-W systemach optycznych o wielu fali, takich jak lidar o długości wielopoziomowej, tradycyjne proste ekspandery wiązki transmisji walczą o osiągnięcie rozszerzenia wiązki jednocześnie przy wielu długościach fali z powodu aberracji chromatycznej. Aby rozwiązać ten problem, wyspecjalizowane ekspandery wiązki, takie jak wykładowce wiązki odblaskowej pozaosiowatej, mogą być zaprojektowane do użytku w systemach lidarowych o wieloechwalnej długości fali.
(5) Optymalizacja wydajności systemu optycznego
-W projekcie ekspanderów wiązki Hartmanna o dużej apererycznej wiązce Hartmann powierzchnie asferyczne wysokiego rzędu są wprowadzane do obiektywu obiektywnego w celu skorygowania aberracji spowodowanych dużymi względnymi soczewkami apertury, w ten sposób optymalizując wydajność systemu optycznego.
- W przypadku specjalistycznych systemów optycznych, takich jak interferometry Michelson w detektorach fali grawitacyjnej, instalowanie teleskopów Expander Beam Expander może zmniejszyć rozmiar wiązki i wymiary rozdzielacza, jednocześnie poprawiając wydajność czasową obserwacji, zapewniając niezbędne punkty diagnostyczne wiązki i ułatwiając wyrównanie wiązki.
3. Rodzaje ekspanderów wiązki
Eksperiatory wiązki są przede wszystkim podzielone na dwie kategorie: refrakcyjne (oparte na soczewce) i odblaskowe (oparte na lustrze).
)
Wykraczające reflektory refrakcji działają na podstawie zasady refrakcji soczewki i zazwyczaj składają się z dwóch lub więcej soczewek. Wspólne typy obejmują ekspanderę wiązki Galilean i ekspanderę wiązki Kepleriana.
(2) Wybierające wiązki odblaskowe (oparte na lustrze)
Wybierające rozszerzające wiązki odblaskowe działają w oparciu o zasadę odbicia lustra i zwykle składają się z dwóch lub więcej zakrzywionych luster. Wspólne typy obejmują rozszerzające refleksyjne wiązki poza osi i ekspresyjne rozszerzające wiązkę odblaskową.
(3) Porównanie rozładowców refrakcyjnych i odblaskowych
- Rozkładacze wiązki refrakcji: kompaktowe, odpowiednie do zastosowań o niskiej i średniej mocy, ale mogą wprowadzać aberrację chromatyczną.
- Rozkładacze wiązki odblaskowej: Idealny do zastosowań o dużej mocy, wolny od aberracji chromatycznej, ale bardziej obfitości i bardziej złożonych do wyrównania.
4. Przykłady aplikacji
- Przetwarzanie laserowe: Rozkładacze wiązki refrakcji są stosowane w cięciu i spawaniu laserowym, podczas gdy rozszerzone wiązki odblaskowe są stosowane w przetwarzaniu laserowym o dużej mocy.
- Obserwacja astronomiczna: Rozkładacze wiązki odblaskowej są używane w systemach teleskopowych do rozszerzenia pola widzenia.
- Pomiar optyczny: Rozkładacze wiązki refrakcji są stosowane w interferometrach laserowych i eksperymentach optycznych.
- Komunikacja laserowa: Rozszerzające wiązkę refrakcji są używane do kolimacji i rozszerzenia wiązki.
Streszczenie
Eksperiatory wiązki są niezbędnymi komponentami w układach optycznych, umożliwiając precyzyjną kontrolę nad średnicą wiązki i kąta rozbieżności w celu zaspokojenia różnorodnych potrzeb zastosowań. Ich konstrukcja i wybór zależą od czynników, takich jak długość fali, moc i konkretne przypadki użycia. Wraz z postępami technologicznymi ekspanderami wiązkami nadal ewoluują, oferując lepszą wydajność i wszechstronność w dziedzinach, od przetwarzania laserowego po obserwację astronomiczną.