在激光技術(shù)和通用光學(xué)中，人們經(jīng)常使用準(zhǔn)直光束，根據(jù)定義，在一定長(zhǎng)度上具有大致恒定的光束半徑。有時(shí)，有必要顯著修改波束半徑，例如以實(shí)現(xiàn)減小的波束發(fā)散以在更大的距離上傳輸波束。為此，可以構(gòu)建擴(kuò)束器，也可以作為固定光學(xué)組件使用。擴(kuò)束器常用于如激光掃描、干涉測(cè)量或遙測(cè)應(yīng)用中?，F(xiàn)在的擴(kuò)束器都是采用從完善的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡基礎(chǔ)中發(fā)展而來的無焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在大多數(shù)情況下，擴(kuò)束器被實(shí)現(xiàn)為由兩個(gè)透鏡（或在某些情況下由兩個(gè)曲面鏡）組成的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。兩種不同的配置是常見的：

• 開普勒望遠(yuǎn)鏡由兩個(gè)聚焦透鏡組成，其中兩個(gè)透鏡之間的距離是它們的焦距之和。然后在透鏡之間有一個(gè)束腰。如果工具焦距值不同，則修改該望遠(yuǎn)鏡后的光束半徑。例如，如果第二個(gè)透鏡的焦距是第一個(gè)透鏡的兩倍，則可實(shí)現(xiàn)兩倍的光束半徑。

• 一個(gè)伽利略望遠(yuǎn)鏡由一個(gè)聚焦透鏡和八個(gè)聚焦透鏡組成。同樣，透鏡之間的距離等于焦距的總和——但其中一個(gè)焦距為負(fù)（散焦透鏡的焦距）。這種望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)是可以更緊湊。

開普勒望遠(yuǎn)鏡2倍光束擴(kuò)展時(shí)光束半徑的計(jì)算演變。

為了獲得給定的放大倍數(shù)（膨脹比、光束半徑比），可以使用不同的焦距值。大多數(shù)緊湊型解決方案都可以使用小焦距，但也存在局限性。特別是，如果同時(shí)需要大的輸出光束半徑，則可能需要具有非常高數(shù)值孔徑的透鏡。因此，用于大光束操作的擴(kuò)束器暫時(shí)更長(zhǎng)。當(dāng)然，擴(kuò)束器也可以反向操作。

可變擴(kuò)束鏡

有可變光束擴(kuò)展器（變焦擴(kuò)展器），即可以在一定范圍內(nèi)（例如從 2 × 到 5 × 或從 5 × 到 10 ×）調(diào)整放大倍率的設(shè)備。那些至少包含三個(gè)鏡頭和一些精細(xì)的機(jī)械裝置來調(diào)整其中至少一個(gè)的位置。

放大倍數(shù)可調(diào)的擴(kuò)束鏡

單向擴(kuò)束鏡

使用柱面透鏡，可以實(shí)現(xiàn)只在一個(gè)方向工作的擴(kuò)束鏡。為此，還可以使用變形棱鏡對(duì)。

不合適的輸入光束

擴(kuò)束器一般不設(shè)計(jì)用于發(fā)散光束，而僅用于準(zhǔn)直光束，并且只能在一定的光束半徑范圍內(nèi)使用。否則，可能會(huì)獲得剪裁效果和/或無法輸出準(zhǔn)直光束。顯然，光束只有在束腰足夠大的情況下才能在一定長(zhǎng)度上進(jìn)行準(zhǔn)直。例如，圖 3 顯示了圖 1 中考慮的同一擴(kuò)束器中光束半徑的演變，但初始光束半徑小 5 倍。在這里，光束不能再被視為準(zhǔn)直光束。熟悉高斯光束是理解擴(kuò)束器和類似設(shè)備操作的良好基礎(chǔ)。

對(duì)于太小的輸入光束半徑，光束半徑與位置的關(guān)系

波長(zhǎng)范圍

為了使光功率損失最小，鏡片通常配備有抗反射涂層。然而，這些僅在有限的波長(zhǎng)范圍內(nèi)起作用。

光學(xué)損傷

對(duì)于脈沖激光應(yīng)用，所使用的鏡片鍍膜還應(yīng)具有足夠高的光學(xué)損傷閾值。此外，應(yīng)避免使用未對(duì)準(zhǔn)的高功率光束進(jìn)行操作，這可能導(dǎo)致某些部件過熱。

對(duì)于非常高的激光功率，使用純反射光束擴(kuò)展器（用鏡子代替透鏡）。這是因?yàn)榉瓷溏R上的熱效應(yīng)（如熱透鏡效應(yīng)）較弱。此外，這樣可以避免任何寄生反射。然而，缺點(diǎn)是反射鏡通常會(huì)引入一定量的散光。

光束指向角

在修改光束半徑時(shí)，還可以修改光束指向偏差的強(qiáng)度。例如，光束半徑加倍意味著輸出光束的角度變化強(qiáng)度僅為輸入光束的一半。

業(yè)納Jenoptik激光擴(kuò)束器

德國(guó)業(yè)納Jenoptik集團(tuán)，其前身是東德國(guó)知名光學(xué)公司卡爾蔡司公司，東德國(guó)與西德國(guó)合并后，政府令其更名，于1991年確名業(yè)納Jenoptik公司。JENOPTIK集團(tuán)下設(shè)激光與材料加工、光學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)、交通解決方案、國(guó)防與民用設(shè)施五大事業(yè)部。其中激光與材料加工事業(yè)部專業(yè)從事激光器研發(fā)制造、激光精密材料加工等。新特光電作為其在國(guó)內(nèi)的戰(zhàn)略合作伙伴、國(guó)內(nèi)授權(quán)一級(jí)代理商,授權(quán)為國(guó)內(nèi)客戶提供激光擴(kuò)束器和物鏡等，這些物鏡和擴(kuò)束器極其耐用和高效，廣泛應(yīng)用于高精密激光材料的加工中。

適用于各種波長(zhǎng)的可變擴(kuò)束器

擴(kuò)束器增加或減小激光光束的直徑，可讓光學(xué)系統(tǒng)的各類元件彼此校準(zhǔn)。在激光輸出處的激光光束的直徑可根據(jù)物鏡輸入端所需的直徑進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)束器主要用于激光材料加工。無限可調(diào)的擴(kuò)束器可確保符合激光材料加工中所需的高精度要求。其中1x-4x和2x-10x擴(kuò)束器適用的激光波長(zhǎng)為355、532和1030至1080 納米。擴(kuò)展的縮放范圍使得10倍擴(kuò)束成為可能。所有型號(hào)均可從最小系數(shù)無限擴(kuò)展至最大系數(shù)。擴(kuò)展和分散是分開調(diào)整的。這意味著擴(kuò)束器可對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦校正。擴(kuò)束器結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)實(shí)和緊湊。鏡片元件在更改設(shè)置的過程中不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這將確保極高的光束穩(wěn)定性。擴(kuò)束器采用衍射極限的設(shè)計(jì)：激光光束的直徑僅受光的衍射的限制?？s放和聚焦刻度雕刻在擴(kuò)束器的表面，因此可快速輕松地進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

手動(dòng)可調(diào)和電動(dòng)可調(diào)激光擴(kuò)束器

可變擴(kuò)束器的優(yōu)勢(shì)

• 高精度：優(yōu)化并滿足激光材料加工中所需的高精度要求。

• 堅(jiān)固緊湊：鏡片元件在更改設(shè)置的過程中不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

• 優(yōu)化：經(jīng)改進(jìn)的光束穩(wěn)定性

• 靈活：可以單獨(dú)調(diào)整擴(kuò)展和分散。

• 無限可調(diào)：從1倍至10倍的擴(kuò)展因子

• 快速手動(dòng)調(diào)整：附帶雕刻的縮放和聚焦刻度

應(yīng)用范圍

• 微電子學(xué)：例如，玻璃微結(jié)構(gòu)

• 半導(dǎo)體工業(yè)：例如，微加工

• 汽車工業(yè)：例如，切割和構(gòu)建復(fù)合材料

• 醫(yī)療：例如，在治療應(yīng)用中除去紗布