¿Qué es un expansor de haz?

1. Breve introducción del expansor de haz

Un expansor de haz de luz o láser es un instrumento científico que puede expandir el haz de entrada de luz paralela o láser en un haz de salida más grande. En términos de uso, el instrumento es similar a un telescopio y produce rayos telescópicos lineales o rayos de prisma, como los rayos que se pueden ver cuando la luz se refleja en la cara de cristal de un cristal. Los expansores de rayos láser se utilizan en casi diez aplicaciones científicas en física láser y sus rayos de salida para medición, como micromecanizado láser, corte de células solares, detección remota y experimentos científicos en muchos otros campos. Sin afectar la cromaticidad, los aumentos de su haz evitan deliberadamente el enfoque, lo que permite desde las aplicaciones más pequeñas (como microscopios) hasta las mediciones astronómicas más grandes. Desarrollados por sistemas ópticos de telescopios maduros, tienen alta transmitancia y baja distorsión.

La mayoría de las funciones disponibles en expansores de rayos láser son adecuados para aberturas de entrada estándar y pueden retener haces precisos independientemente de la longitud de onda. Los expansores de rayos láser pueden procesar la luz del espectro ultravioleta, atravesar todas las regiones visibles e ingresar a la región infrarroja, y pueden reducir la longitud del telescopio. Están diseñados para configuraciones de salida variable y fija con controles de ajuste de columna.

Para algunos entornos, los telescopios ópticos son resistentes al fuego o reflectantes. Los telescopios refractores refractan la luz a través de lentes que doblan o refractan la luz, mientras que los telescopios reflectores usan lentes ópticos grandes para reflejar la luz. El expansor de rayo láser es esencialmente un telescopio, y su principio es que la divergencia del rayo y la relación de expansión del rayo tienen el mismo factor. El expansor de haz de potencia inferior se basa en el diseño del telescopio Galileo, con grupos de lentes de entrada negativa y salida positiva. Sin embargo, también existen diseños de telescopios Kepler, que tienen una lente de enfoque estenopeica en el medio y dos lentes positivas, que son muy largas y escalables.

El lugar de la lente de la imagen y la lente del objetivo producida por el diseño de los expansores del rayo láser es opuesta a la del telescopio Kepler. El haz cilíndrico de entrada se enfoca en un punto entre las lentes, donde el calor del láser se acumula y calienta el aire, provocando la distorsión del frente de onda. Por lo tanto, generalmente se prefiere el diseño de Galileo para evitar la distorsión. Dado que el expansor del rayo láser amplificará la entrada del láser con la potencia de expansión establecida, reducirá la divergencia del rayo en la salida con la misma potencia y, a mayor distancia, el rayo cilíndrico será más pequeño.

2. El diseño del expansor de haz

El llamado diseño óptico híbrido fuera de la cavidad en el expansor de haz utiliza una lente convexa después del expansor de haz estándar. Su forma es similar a la curvatura del ojo humano, dando como resultado un efecto de prisma múltiple. Estos haces expandidos pueden emitirse a larga distancia, pero cuando se ven desde un ángulo, parecen muy delgados. Estas iluminaciones de línea se utilizan en procedimientos interferométricos para mediciones de metrología óptica y de ingeniería. También se utilizan en física nuclear, de partículas y de plasma.