Um expansor de feixe é um componente óptico capaz de alterar o diâmetro e o ângulo de divergência de um feixe de luz. Ele desempenha um papel crucial nos sistemas ópticos.
1. Definição de um expansor de feixe
Um expansor de feixe normalmente consiste em um conjunto de lentes que podem expandir um feixe de laser de entrada ou outros feixes de luz, aumentando o diâmetro e potencialmente alterando seu ângulo de divergência. Diferentes tipos de expansores de feixe têm projetos e estruturas variadas, mas seu objetivo comum é ajustar as características do feixe para atender aos requisitos de aplicação específicos.
2. Funções de um expansor de feixe
(1) Alterar o diâmetro do feixe
- Em muitas aplicações ópticas, são necessários vigas de diâmetros específicos. Por exemplo, no processamento a laser, um diâmetro maior de feixe pode cobrir uma área de processamento maior. Usando um expansor de feixe, um feixe estreito pode ser expandido para o tamanho desejado.
- Para aplicações que requerem iluminação uniforme, como sistemas de iluminação por microscópio, um expansor de feixe pode aumentar o feixe emitido pela fonte de luz para fornecer mais iluminação uniforme.
(2) Ajustando o ângulo de divergência do feixe
- O ângulo de divergência de um feixe é fundamental para o desempenho de um sistema óptico. Um expansor de feixe pode reduzir o ângulo de divergência (fórmula: θ λ / (π * d)), tornando o feixe mais colimado, melhorando assim a distância da transmissão e focando o desempenho.
- Nos sistemas de comunicação óptica, são necessárias vigas com ângulos de baixa divergência para garantir a transmissão estável de sinal. Um expansor de feixe pode ajustar o feixe de entrada para atender aos requisitos do sistema de comunicação óptica.
(3) ativar operações ópticas de alta precisão
- Alguns sistemas ópticos de alta precisão, como pinças ópticas, requerem controle preciso das características do feixe. Um expansor de feixe pode fazer parte do sistema de manipulação de feixe da pinça óptica, trabalhando em conjunto com outros componentes ópticos para garantir que a abertura traseira do objetivo seja totalmente iluminada enquanto permite o posicionamento da armadilha.
- No posicionamento em nanoescala e na modelagem de feixe de alta precisão, os expansores de feixe podem ser usados com atuadores como motores ultrassônicos para obter controle preciso do feixe.
(4) Adaptação a aplicações de comprimento de onda de várias onda
-Em sistemas ópticos de comprimento de onda de onda, como o LiDAR de comprimento de onda múltipla, os expansores de feixe de transmissão tradicionais lutam para obter expansão do feixe simultaneamente em vários comprimentos de onda devido à aberração cromática. Para abordar isso, expansores de feixe especializados, como expansores de feixe reflexivo fora do eixo, podem ser projetados para uso em sistemas de LiDAR de comprimento de onda de várias onda.
(5) otimizando o desempenho do sistema óptico
-No design de expansores de feixe de Hartmann asféricos de grande abertura, superfícies asféricas de alta ordem são introduzidas na lente objetiva para corrigir aberrações causadas por grandes lentes relativas de abertura, otimizando assim o desempenho do sistema óptico.
- Para sistemas ópticos especializados, como os interferômetros de Michelson em detectores de ondas gravitacionais, a instalação de telescópios de expansão de feixe angular pode reduzir as dimensões do tamanho do feixe e do divisor, melhorando a eficiência do tempo de observação, fornecendo os pontos de diagnóstico do feixe e facilitando o alinhamento do feixe.
3. Tipos de expansores de feixe
Os expansores de feixe são divididos principalmente em duas categorias: refrativo (baseado em lente) e reflexivo (baseado em espelho).
(1) Expandores de feixe refrativo (baseados em lentes)
Os expansores de feixe de refração operam com base no princípio da refração da lente e geralmente consistem em duas ou mais lentes. Os tipos comuns incluem expansores de feixe galileu e expansores de feixe kepleriano.
(2) expansores de feixe reflexivo (baseados em espelho)
Os expansores de feixe reflexivo operam com base no princípio da reflexão do espelho e geralmente consistem em dois ou mais espelhos curvos. Os tipos comuns incluem expansores de feixe reflexivo fora do eixo e expansores de feixe reflexivo coaxial.
(3) Comparação de expansores de feixe refrativo e reflexivo
- Expandores de feixe de refração: compactos, adequados para aplicações de baixa a média potência, mas podem introduzir aberração cromática.
- Expandores de feixe reflexivo: ideal para aplicações de alta potência, livres de aberração cromática, mas mais volumosas e mais complexas para se alinhar.
4. Exemplos de aplicação
- Processamento a laser: Os expansores de feixe de refração são usados no corte e soldagem a laser, enquanto os expansores de feixe reflexivo são empregados no processamento de laser de alta potência.
- Observação astronômica: os expansores de feixe reflexivo são usados em sistemas de telescópio para expandir o campo de visão.
- Medição óptica: os expansores de feixe de refração são usados em interferômetros a laser e experimentos ópticos.
- Comunicação a laser: os expansores de feixe de refração são usados para colimação e expansão do feixe.
Resumo
Os expansores de feixe são componentes essenciais em sistemas ópticos, permitindo o controle preciso sobre o diâmetro do feixe e o ângulo de divergência para atender às diversas necessidades de aplicação. Seu design e seleção dependem de fatores como comprimento de onda, potência e casos de uso específicos. Com os avanços da tecnologia, os expansores de feixe continuam a evoluir, oferecendo melhor desempenho e versatilidade em campos que variam do processamento a laser à observação astronômica.