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扩束器用于增加准直光束例如激光束的直径同时保持其准直。它通常用于激光光学和其他需要修改光束大小或发散度的应用。 在典型的扩束器中输入光束是准直激光器或光束进入第一个光学元件。当光束开始膨胀时第一个光学元件改变入射光束的发散度第二个光学元件重新准直光束从而产生更大的直径。光束扩展比 M 由两个透镜或反射镜的焦距决定 其中 f1 和 f2 是第一和第二光学元件的焦距。
Zemax 序列模式下的扩束器
在 Zemax OpticStudio 中创建扩束器模型时主要是在序列模式下通常涉及设置扩展准直光束的透镜或反射镜。序列模式非常适合基于透镜的扩束镜设计。下面是一个示例。在系统浏览器中定义系统波长 550 um 和入射光瞳直径 10 mm 到初始光束直径即可定义两个透镜。光束定义为高斯切趾系数为 2。由于扩束器的输出是准直光束因此应选择“无焦像空间”。 扩束镜的透镜数据如下所示。应用两个由 N-BK7 制成的透镜两个单透镜的所有四个半径都设置为可变。两个透镜之间的距离此处设置为 200 mm在几何上与光束从输入的扩展有关。 由此产生的扩束器结构如下所示其中有 45 条环形射线。 这里应用了一些评价函数操作数来限制和优化这种扩束器结构。REAY 在表面 6图像平面以镜头单位读取局部真实光线 y 坐标。该操作数直接将输出光束宽度定义为 15 mm是输入光束宽度 5 mm 的 3 倍。MNCA 和 MXCA 将距离即整个透镜的空气中心厚度从表面 1 到 5限制在 0.5 mm 到 1 m 的范围内。第二个镜头到图像平面之间的空气的最小边缘厚度由 MNEA 设置为 0.5 mm。两个透镜的中心厚度都受操作数 MNCG 和 MXCG 的限制限制为 2 mm 到 15 mm。MNEG 将两个组件的边缘厚度限制为 2 mm 以上。 上述所有命令在优化后都导致评价函数为 0.0003。限制和要求是合理且可执行的。 处方数据和图像干扰
优化后物体和图像空间中的焦距都趋向于无限大表明无焦系统优化成功。 出于制造目的两个镜头元件的体积和质量按以下格式估算。密度数以 g/cc 为单位可从材料库中导出。 由于输入是相干光即单波长如果存在倾斜光入射像平面将带有干涉。干涉图如下所示Y轴倾斜2.5度时的出瞳形状表明扩束器会引起细光束的干扰。
