擴束鏡

衍射

通常人以光束的發散參數作為完美的高斯激光束的特徵。發散是指光波在其空間傳播過程中以一定角度展開。甚至完美的沒有任何異常的光線也會由於衍射效應經歷某些光束的發散。衍射是指光線在被不透明的物體，比如刀鋒切斷的時候產生的彎曲效應。展開（spreading）產生於在切斷的邊緣發出的次級波面陣。這些次級波和主波會發生干涉，同時相互也會產生干涉，在某些時候就會形成複雜的衍射圖案。

衍射使得完美的校準光束成為不可能，或者說不能夠將光束聚焦到無限小的點。幸運的是衍射的效果是能夠被計算的。因此存在著可以預知對於任何衍射極限的透鏡光束被准直的程度和光斑大小的理論。

現在考慮一束這樣由低功率TEM00氣體激光器產生的光束，光腰為S0。這樣人就能夠假定它能夠達到衍射極限同時能夠不用考慮任何熱透鏡效應。它將會顯現出由於衍射引起的光腰的彎曲，或者說展開效應：

S(x)=S0[1+(λx/πS0²)²]½

在這裡x是指離開光源的距離，λ是指激光波長，如果λx/πS0²»1，那麼：

S(x)≈λx/πS0²

利用這個近似值，可以寫出光束由於衍射發散的角度：

θ= S(x)/x=λ/πS0

θ人都知道指的是遠場發散角。

改善發散角

光束的遠場發散定義了一個給定光束直徑最好的准直效果。它也說明了光束的零發散角或者說最好的准直是不可能達到的，因為要做到這些需要有無窮大的光束直徑。但是這個等式也表明了改善發散的可能性。

考慮一個已經准直的光束，發散角為θ光腰為S0，人可以看到如果光束直徑能夠增大，遠場發散角將會減小。這就是擴大光束的優點所在。另外，小的發散能夠使高斯光束聚焦得更好。為了實現這些改善，在這裡將描述幾種對準直光束擴束的方法。

最通用的擴束鏡類型起源於伽利略望遠鏡，通常包括一個輸入的凹透鏡和一個輸出的凸透鏡。輸入鏡將一個虛焦距光束傳送給輸出鏡。一般的低倍數的擴束鏡都用該原理製造，因為它簡單、體積小、價格也低。一般的儘可能的被設計為小的球面相差，低的波前變形和消色差。它的局限性在於不能容納空間濾波或者進行大倍率的擴束。

事實上在需要空間濾波或者進行大倍率的擴束的時候，人們一般使用開普勒設計的望遠鏡。開普勒望遠鏡一般有一個凸透鏡作為輸入鏡片，把實焦距聚焦的光束髮送到輸出元件上。另外，可以通過在第一個透鏡的焦點上放置小孔來實現空間濾波。

YAG激光擴束鏡一般由3個鏡片組成，其特點是：

出光的准直性好

體積小、長度短

可以根據用戶的要求設計加工鏡筒

YAG激光擴束鏡參數

型號 材料 激光波段（μm）擴束倍率

YKS2 光學玻璃 1.064 ×2

YKS3 光學玻璃 1.064 ×3

YKS4 光學玻璃 1.064 ×4

YKS5 光學玻璃 1.064 ×5

1064nm波長為YAG激光波長為不可見激光。10.64μm波長為CO2激光波長。那麼這兩種波長的擴束鏡怎樣區分了？首先看擴束鏡的外觀是否標註。一般而言，擴束鏡廠家都會在其擴束鏡的外觀上標準是多少波長段的擴束鏡的，假如沒有標準的話可以看擴束鏡鏡片的顏色來區分。1064nm的擴束鏡其鏡片顏色為深藍色，而10.64μm的擴束鏡其鏡片的顏色為金黃色。

准直鏡：用於CO2激光和紅外光學系統的准直鏡，反射式和透射式准直鏡被用在光束傳遞系統中，以維持激光諧振腔和聚焦光學元件之間的光束的准直性。反射式准直鏡一般使用的是銅製全反鏡，而透射式准直鏡則使用硒化鋅透鏡。

擴束鏡：是能夠改變激光光束直徑和發散角的透鏡組件。

擴束鏡與准直鏡都可以起到使激光聚焦效果更好的作用，都是起到准直的作用似的，兩者有相似的地方，又有區別的地方。

准直鏡是針對點光源來說的，而所謂的點光源，我們在生活中見的比較多的如：火柴頭點燃、老式手電筒的燈泡、從能量光纖中出來的激光。而對於我們工業激光行業來說，我們談准直鏡基本就是針對從能量傳輸光纖中出來的激光來談的。