扩大激光束能否有效产生更小的光束尺寸?

发布时间:2023-02-14 00:00:00.000Z

扩束器可将具有较小束腰和较大发散角的输入光束转换为具有较大束腰和较小发散角的输出光束,因此与输入光束相比,远离扩束器的输出光束可具有更小的直径。由于衍射效应,光束直径不会随距离增加而保持恒定。束腰较小的光束具有较高的光束发散度,因此可使用扩束器增加束腰直径,以降低远离束腰传播时光束直径增加的速率。扩束器通常用于减少光束发散角并确保光束直径在远离输出束腰处不会超过指定的限制。

图1:输入光束的束腰直径小于输出光束。但是,相较于较大输出光束,较小输入光束的直径会以高得多的速率变化。图示的有限范围内,输入光束直径大于输出光束直径。

图2:光束在远离束腰的地方具有几乎恒定的发散角。如文中所述,此角度(θ )可以使用两个光束直径的测量值(D2 D1)来估算,这两个测量位置远离束腰并且间距已知(Δz )。 

扩束器(缩束器)
扩束器(缩束器)可接收具有某一束腰直径的准直光束,并产生具有不同束腰直径的准直光束。扩束比或放大倍率(m )与扩束器的输入(2W)和输出(2W'o)束腰直径有关(图1):

图中装置为扩束器,m > 1时可提供扩大的输出束腰。若输出束腰缩小,则此装置为缩束器且m < 1。

测量输入和输出束腰位置处的光束截面可估算束腰直径。制造商通常会指定输出束腰位置,但如果未提供,则可以使用靠近扩束器输出端的光束直径测量值来近似束腰直径。

光束发散角
激光束的直径在其束腰处最小。远离束腰后,光束直径会因衍射效应而增加,这种增加速率就是光束的发散角。发散角在远离束腰后近似恒定(图2)。此发散角(θ )的弧度估计值为:

此值可以根据波长()和束腰直径,或根据间距已知(Δz )的两个光束直径测量值(D1D2 )来计算。两个光束直径的测量位置应远离束腰,即远在瑞利距离之外。

输入到扩束器(缩束器)与扩束器(缩束器)输出的光束发散角的变化可以使用扩束比(m )来估算。当扩束器将束腰直径改变m倍时,远离束腰后的发散角按1/m的系数变化,

其中θin θout分别是输入光束和输出光束(远离束腰位置)的发散角。

使用扩束器(m > 1)时,相较于输入光束,输出束腰直径扩大(Wo' > W),输出发散角缩小(θout < θin )。由于输出光束的发散角减小,扩束器常用于使自由空间光束能够传播更远的距离,而不会超过应用规定的最大光束直径。

使用缩束器(m < 1)时,相较于输入光束,输出束腰直径减小(Wo' < Wo ),输出发散角增大(θout > θin )。因此,输出光束直径在靠近缩束器的输出端会更小,但随着光束传播,光束尺寸会以比输入光束更快的速率增加。使用缩束器时,必须沿光轴检查输出光束直径,以确保光束不超过应用可接受的最大光束尺寸。

防止光束削波
靠近扩束器的输出光束直径通常为输出束腰直径的良好近似值。远离束腰后,光束直径会增加,可能产生光束削波或其他意外影响。

在系统设计阶段,计算输出束腰临界距离(z )处的光束直径()估计值非常有用。

来自:thorlabs

相关内容

相关产品

图片名称分类制造商参数描述
  • 光电查
    2毫米硅BEAMSPLITTER分束器Tensor Technologies Corp

    波长范围: 1100 - 7000 nm

    在长波长、远红外或太赫兹光谱范围的傅里叶变换光谱学中,标准分束器是薄膜聚酯薄膜(pellicle mylar film)。由于薄膜中的干涉,选择薄膜厚度以在期望的频率下给出峰值较大分束器效率。该分束器可用于通常由聚酯薄膜覆盖的整个光谱范围(25-1000cm)。平均效率优于聚脂薄膜分束器的较大效率。较大光谱分辨率由Si元素的厚度设定(2mm厚度为0.7cm)。除了在600cm处的窄(10cm)声子吸收带之外,高纯度Si是理想透明的。因此,单个Si分束器提供了均匀的平均效率,其代替用于光谱学的聚酯薄膜,具有由Si元件的厚度设定的分辨率。

  • 光电查
    光束分配器 偏振能量或波长分束器Foreal Spectrum

    波长范围: 1000 - 1100 nm

    分束器用于通过偏振、能量或波长来分离光。Foreal提供平板分束器和立方体分束器。

  • 光电查
    分光镜立方体分束器Crysmit Photonics CO.,Ltd

    波长范围: 1500 - 1610 nm

    分束器立方体由两个精密直角棱镜胶合而成,并在斜边表面涂上适当的干涉层。尽管输出是部分偏振的,但涂层的吸收损耗较小,透射和反射接近50%(平均)。

  • 光电查
    分光镜立方体 - BSPB1-10 450-680nm分束器Tower Optical Corporation

    波长范围: 450 - 680 nm

    这些分束器基于使用两个互补棱镜。平行于输入光束的输出光束是p偏振的,而正交的输出光束是s偏振的。

  • 光电查
    分光镜立方体 - BSPB1-10 650-850纳米分束器Tower Optical Corporation

    波长范围: 650 - 850 nm

    这些分束器基于使用两个互补棱镜。平行于输入光束的输出光束是p偏振的,而正交的输出光束是s偏振的。