ตัวขยายลำแสงคืออะไร

ตัวขยายลำแสงเป็นส่วนประกอบทางแสงที่สามารถเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางและมุมแตกต่างของลำแสงแสง มันมีบทบาทสำคัญในระบบออพติคอล

1. คำจำกัดความของตัวขยายลำแสง

โดยทั่วไปแล้วตัวขยายลำแสงจะประกอบด้วยชุดเลนส์ที่สามารถขยายลำแสงเลเซอร์อินพุตหรือคานแสงอื่น ๆ เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางและอาจเปลี่ยนมุมที่แตกต่าง ตัวขยายลำแสงประเภทต่าง ๆ มีการออกแบบและโครงสร้างที่แตกต่างกัน แต่เป้าหมายร่วมกันของพวกเขาคือการปรับลักษณะของลำแสงเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะ

2. ฟังก์ชั่นของตัวขยายลำแสง

(1) การเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสง

- ในแอปพลิเคชั่นออพติคอลจำนวนมากจำเป็นต้องใช้คานของเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะ ตัวอย่างเช่นในการประมวลผลด้วยเลเซอร์เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงขนาดใหญ่สามารถครอบคลุมพื้นที่การประมวลผลที่ใหญ่ขึ้น ด้วยการใช้ตัวขยายลำแสงลำแสงแคบสามารถขยายได้เป็นขนาดที่ต้องการ

- สำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องการแสงสว่างสม่ำเสมอเช่นระบบไฟส่องสว่างกล้องจุลทรรศน์ตัวขยายลำแสงสามารถขยายลำแสงที่ปล่อยออกมาโดยแหล่งกำเนิดแสงเพื่อให้แสงสว่างมากขึ้น

(2) การปรับมุมแตกต่างของลำแสง

- มุมแตกต่างของลำแสงมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบออพติคอล ตัวขยายลำแสงสามารถลดมุมแตกต่าง (สูตร: θ≈λλ / (π * d)) ทำให้ลำแสง collimated มากขึ้นซึ่งจะช่วยปรับปรุงระยะการส่งผ่านและประสิทธิภาพการโฟกัส

- ในระบบการสื่อสารด้วยแสงจำเป็นต้องใช้คานที่มีมุมแตกต่างต่ำเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งสัญญาณที่มั่นคง ตัวขยายลำแสงสามารถปรับลำแสงอินพุตเพื่อตอบสนองความต้องการของระบบการสื่อสารด้วยแสง

(3) การเปิดใช้งานการดำเนินการทางแสงที่มีความแม่นยำสูง

- ระบบออพติคอลที่มีความแม่นยำสูงเช่นแหนบออพติคอลจำเป็นต้องมีการควบคุมลักษณะลำแสงที่แม่นยำ ตัวขยายลำแสงสามารถเป็นส่วนหนึ่งของระบบการจัดการลำแสงของแหนบออพติคอลซึ่งทำงานร่วมกับส่วนประกอบออปติคัลอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่ารูรับแสงด้านหลังของวัตถุประสงค์จะส่องสว่างอย่างเต็มที่ในขณะที่เปิดใช้งานการวางตำแหน่งกับดัก

- ในการวางตำแหน่งระดับนาโนและการสร้างลำแสงที่มีความแม่นยำสูงเครื่องขยายลำแสงสามารถใช้กับแอคทูเอเตอร์เช่นมอเตอร์อัลตราโซนิกเพื่อให้ได้การควบคุมลำแสงที่แม่นยำ

(4) การปรับให้เข้ากับแอพพลิเคชั่นหลายความยาวคลื่น

-ในระบบออปติคัลความยาวคลื่นหลายช่วงเช่น LIDAR ความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นตัวขยายลำแสงการส่งสัญญาณแบบง่ายแบบดั้งเดิมต่อสู้เพื่อให้ได้การขยายตัวของลำแสงพร้อมกันที่ความยาวคลื่นหลายช่วงเนื่องจากความผิดปกติของสี เพื่อแก้ไขปัญหานี้ตัวขยายลำแสงพิเศษเช่นตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงนอกแกนสามารถออกแบบมาเพื่อใช้ในระบบ LiDAR แบบหลายความยาวคลื่น

(5) การปรับประสิทธิภาพของระบบออปติคัล

-ในการออกแบบตัวขยายลำแสง Hartmann Aperture Appercer ขนาดใหญ่พื้นผิวที่มีความแอสเฟริคลำดับสูงจะถูกนำเข้าสู่เลนส์วัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขความผิดปกติที่เกิดจากเลนส์รูรับแสงขนาดใหญ่ซึ่งเป็นการปรับประสิทธิภาพของระบบแสง

- สำหรับระบบออพติคอลเฉพาะทางเช่นมิเชลสันอินเตอร์เฟอโรเมตรในเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์อุปกรณ์ขยายลำแสงแบบมุมสามารถลดขนาดลำแสงและขนาดตัวแยกในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพเวลาการสังเกต

3. ประเภทของตัวขยายลำแสง

ตัวขยายลำแสงแบ่งออกเป็นสองประเภทเป็นหลัก: การหักเหของแสง (ตามเลนส์) และการสะท้อนแสง (บนกระจก)

(1) ตัวขยายคานหักเห (ตามเลนส์)

ตัวขยายลำแสงหักเหของแสงทำงานตามหลักการของการหักเหของเลนส์และโดยทั่วไปจะประกอบด้วยเลนส์สองตัวขึ้นไป ประเภททั่วไป ได้แก่ Galilean Beam Expanders และ Keplerian Beam Expterers

(2) ตัวขยายลำแสงสะท้อนแสง (บนกระจก)

ตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงทำงานตามหลักการของการสะท้อนกระจกและโดยทั่วไปประกอบด้วยกระจกโค้งสองตัวขึ้นไป ประเภททั่วไปรวมถึงตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงนอกแกนและตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงโคแอกเซียล

(3) การเปรียบเทียบตัวขยายลำแสงการหักเหของแสงและสะท้อนแสง

- ตัวขยายการหักเหของแสง: ขนาดกะทัดรัดเหมาะสำหรับการใช้งานพลังงานต่ำถึงปานกลาง แต่อาจแนะนำความผิดปกติของสี

- ตัวขยายลำแสงสะท้อนแสง: เหมาะสำหรับการใช้งานพลังงานสูงปราศจากความผิดปกติของสี แต่มีขนาดใหญ่ขึ้นและซับซ้อนกว่าในการจัดตำแหน่ง

4. ตัวอย่างแอปพลิเคชัน

- การประมวลผลด้วยเลเซอร์: การขยายลำแสงหักเหของแสงถูกใช้ในการตัดด้วยเลเซอร์และการเชื่อมในขณะที่ตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงถูกใช้ในการประมวลผลเลเซอร์กำลังสูง

- การสังเกตทางดาราศาสตร์: ตัวขยายลำแสงสะท้อนแสงถูกใช้ในระบบกล้องโทรทรรศน์เพื่อขยายมุมมอง

- การวัดแบบออปติคัล: ตัวขยายลำแสงหักเหของแสงถูกใช้ในเครื่องวัดเลเซอร์และการทดลองทางแสง

- การสื่อสารด้วยเลเซอร์: การขยายลำแสงการหักเหของแสงใช้สำหรับการ collimation และการขยายตัวของลำแสง

สรุป

ตัวขยายลำแสงเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในระบบออพติคอลทำให้สามารถควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงและมุมแตกต่างได้อย่างแม่นยำเพื่อตอบสนองความต้องการแอปพลิเคชันที่หลากหลาย การออกแบบและการเลือกของพวกเขาขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นความยาวคลื่นพลังงานและกรณีการใช้งานเฉพาะ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเครื่องขยายลำแสงยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องนำเสนอประสิทธิภาพและความสามารถรอบด้านที่ดีขึ้นในสาขาตั้งแต่การประมวลผลเลเซอร์ไปจนถึงการสังเกตทางดาราศาสตร์