1. Krótkie wprowadzenie do ekspandera wiązki
Ekspander wiązki światła lub lasera to instrument naukowy, który może rozszerzyć wiązkę wejściową równoległego światła lub lasera na większą wiązkę wyjściową. Pod względem zastosowania instrument jest podobny do teleskopu i wytwarza liniowe promienie teleskopowe lub promienie pryzmatyczne, takie jak promienie, które można zobaczyć, gdy światło odbija się od powierzchni kryształu. Ekspandery wiązki laserowej są używane w prawie dziesięciu zastosowaniach naukowych w fizyce laserowej, a ich promienie wyjściowe służą do pomiarów, takich jak mikroobróbka laserowa, cięcie ogniw słonecznych, teledetekcja i eksperymenty naukowe w wielu innych dziedzinach. Bez wpływu na chromatyczność, ich powiększenia wiązki celowo unikają ogniskowania, umożliwiając najmniejsze zastosowania (takie jak mikroskopy) do największych pomiarów astronomicznych. Opracowane przez dojrzałe systemy optyczne teleskopów, mają wysoką transmisję i niskie zniekształcenia.
Większość funkcji dostępnych w ekspanderach wiązki laserowej nadaje się do standardowych otworów wejściowych i może zachować dokładne wiązki niezależnie od długości fali. Ekspandery wiązki laserowej mogą przetwarzać światło ze spektrum ultrafioletowego, przechodzić przez wszystkie widoczne obszary i wchodzić w obszar podczerwieni, a także mogą zmniejszać długość teleskopu. Są one zaprojektowane do zmiennych i stałych konfiguracji wyjściowych z elementami sterującymi regulacją kolumny.
W przypadku niektórych środowisk teleskopy optyczne są ognioodporne lub odblaskowe. Teleskopy refrakcyjne załamują światło przez soczewki, które zginają lub załamują światło, podczas gdy teleskopy odbijające wykorzystują duże soczewki optyczne do odbijania światła. Ekspander wiązki laserowej jest zasadniczo teleskopem, a jego zasada polega na tym, że rozbieżność wiązki i współczynnik rozszerzenia wiązki mają ten sam współczynnik. Ekspander wiązki o niższej mocy jest oparty na konstrukcji teleskopu Galileusza, z ujemnymi grupami soczewek wejściowych i dodatnich wyjściowych. Istnieją jednak również konstrukcje teleskopów Keplera, które mają soczewkę skupiającą z otworem szpilkowym na środku i dwie soczewki dodatnie, które są bardzo długie i skalowalne.
Miejsce soczewki obrazu i obiektywu wytworzone przez konstrukcję ekspanderów wiązki laserowej jest przeciwne do tego w teleskopie Keplera. Wchodząca wiązka cylindryczna jest skupiana w punkcie między soczewkami, gdzie ciepło lasera gromadzi się i ogrzewa powietrze, powodując zniekształcenie frontu fali. Dlatego konstrukcja Galileo jest zwykle preferowana w celu zapobiegania zniekształceniom. Ponieważ ekspander wiązki laserowej wzmocni wejście lasera o ustawionej mocy ekspansji, zmniejszy rozbieżność wiązki na wyjściu o tej samej mocy, a przy większej odległości wiązka cylindryczna będzie mniejsza.
2. Projekt ekspandera wiązki
Tak zwana hybrydowa konstrukcja optyczna out-of-cavity w ekspanderze wiązki wykorzystuje soczewkę wypukłą po standardowym ekspanderze wiązki. Jej kształt jest podobny do krzywizny ludzkiego oka, co powoduje efekt wielokrotnego pryzmatu. Te rozszerzone wiązki mogą być emitowane na dużą odległość, ale oglądane pod kątem wydają się bardzo cienkie. Te liniowe iluminacje są wykorzystywane w procedurach interferometrycznych do pomiarów optycznych i inżynieryjnych. Są również wykorzystywane w fizyce jądrowej, cząstek i plazmy.