变倍扩束镜的核心参数及使用方法
发布时间:2024-09-18 00:00:00 阅读次数:1322
​激光技术自问世以来,已成为现代科学和工业的关键工具。 在许多应用中,激光束的尺寸和形状往往需要根据具体需求进行调整。 激光扩束器作为调节激光束尺寸的重要工具,不仅 能扩展光束直径,还能改善激光束的准直性和均匀性, 成为了不可或缺的光学模组。

 

扩束镜的设计类型可以分为开普勒式以及伽利略式,开普勒式系统有一个内部焦点,不利于高功率应用,但适用于低功率应用的空间滤光。

相较于开普勒式系统,在相同的放大倍率下,伽利略式系统长度更短,同时正负透镜组合可以降低系统的球差,得到较高的波前质量。 而且伽利略式扩束器没有内部焦点,非常适合高功率激光器应用。

对于普通的定倍扩束镜原理与设计可以参考 快速设计一个扩束/缩束器 本文将详细介绍高精度变倍扩束镜的原理参数以及使用方法。

变倍扩束镜是由3组透镜组成,第1组和第2组透镜的相对位移会改变扩束镜的放大倍率,第2组和第3组透镜的相对位移会改变扩束镜的发散角,3组透镜之间采用空气隙间隔方式安装于机械组件中。 扩束镜的入射端刻有各个放大倍率对应的位置标识,出射端刻有各个放大倍率对应的位置标识和距离标识,对于准直入射光来说,当入射端和出射端旋转至对应位置标识一致时,可得到对应放大倍率下的准直扩束光束。

 

 

变倍扩束镜核心参数

 

波长、透过率、调节倍率

扩束镜的透镜材料、镀膜和光学设计都是针对特定波长优化的。 如果使用的波长偏离设计波长过远,可能会导致光束质量下降,例如焦距变化、光斑变形或增加色差等。 如果偏离的波长不大,扩束镜仍然可以正常工作,只是需要注意可能出现的光学性能变化。 如果精度要求较高,建议使用针对实际工作波长设计的扩束镜。

透过率越高,系统中的光损耗越小 。 所以一般情况下,透过率应该在 95%以上,以确保最大限度地传输光能。 不同于定倍扩束镜,变倍扩束镜可以通过旋转变倍旋钮改变内部透镜之间的距离来改变扩束系统的调节倍率。 目前麓邦商城可提供的变倍扩束镜配置具体如下表:

 

衍射极限最大入射光束直径

衍射极限最大入射光束直径是指 在达到衍射极限之前,扩束镜允许的最大入射光束直径 它表示在不显著降低光束质量或引入明显像差的前提下,扩束镜可以处理的最大入射光束直径 超过这个直径后,光束质量可能会因为衍射效应或像差增大而显著下降。 因此, 选择符合系统需求且不会导致衍射限制的扩束镜,确保光束质量和聚焦性能不受影响。  例如下表为商城 2X-10X变倍扩束镜的衍射极限最大入射光束直径,可见不同波长不同放大倍率下的最大入射光束直径不同,入射光束要小于对应的衍射极限最大光束直径才可获得最佳的扩束光束质量。

 

系统损伤阈值

系统损伤阈值为扩束镜能够承受的最大激光功率或能量密度,超过这个阈值会导致光学元件的损坏 根据激光光源的功率和脉冲能量,来选择损伤阈值足够高的扩束镜。 对于高功率激光器,建议选择具备较高损伤阈值的光学材料和涂层。 例如紫外熔融石英( UVFS)。 不同波长损伤阈值不同,通常波长越长损伤阈值越高。 下表展示了目前商城不同波长变倍扩束镜的系统损伤阈值。

 

变倍扩束镜使用方法

 

首先,需要调节靠近光束入射端的调节环,选择需要扩束的倍率,使调节环上的倍率标识对准基准标识,即可实现对应倍率的扩束效果。

但此时仅通过调节前两个透镜之间的间距无法保证扩束后光束发散角的变化,这时如果想得到一束精准的扩束光束,需要根据规格书中所给出的定位辅助曲线来进行发散角旋钮调节的距离: 如下图所示,横轴为调节倍率,纵轴是需要调节环移动的距离,我们需要参考深蓝色的对焦曲线,可以得出在6倍扩束下,发散角的调节环需要移动15mm。

在发散角调节过程中,可以注意到刻度线分为上下两部分,其中上半部分为移动距离(mm),下半部分则为辅助标识,每条刻度线依次表示不同扩束倍率应调节到的发散角刻度。 例如6X倍率对应15mm,可以依据上半部分移动到15mm刻度线,也可根据辅助标识从3X标识后数3条刻度线即为6X发散角调节距离,刚好也与15mm相对应。 完成以上两个调节环的对应调节后,即可实现不同倍率的高精度扩束光束。

麓邦商城目前提供 355nm 532nm 1064nm 波长的高精度变倍扩束镜,针对衍射极限优化设计,镜组呈伽利略结构,无内部焦点,符合大多数科研及工业场景下的应用需求。 而且透过率在对应波长下高于 97% ,光束指向稳定性小于 1mard

 

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