激光扩束镜选择指南

激光准直扩束设计和仿真激光准直扩束是激光器应用中非常重要的一个步骤，主要作用是将激光束聚焦到目标区域或者将激光束展宽以达到特定的要求。

激光准直扩束的设计和仿真是一项复杂而且关键的工作，需要考虑多个因素，包括光学元件的选择、参数的调整以及系统的优化等。

本文将从几个方面进行介绍。

首先，激光准直扩束的设计需要选择合适的光学元件。

常见的光学元件有透镜、棱镜、光栅等，根据具体的需求选择合适的元件非常重要。

比如，如果需要将激光束聚焦到一个小点上，可以选择具有较大的焦距和透镜，或者使用一些特殊形状的透镜来实现更复杂的光束变换。

而如果需要将激光束展宽，可以选择具有较小的焦距和透镜，或者使用一些特殊的棱镜或光栅来实现。

其次，激光准直扩束的设计还需要进行参数的调整。

激光束的准直性和扩束性通常可以通过调整准直角度和扩束角度来实现。

准直角度是指入射光束与出射光束之间的夹角，过大或者过小的准直角度都会导致光束的偏离。

扩束角度是指入射光束的展宽程度，过大或者过小的扩束角度都会导致光束的失焦。

因此，通过合理的参数调整可以达到最优的准直扩束效果。

最后，激光准直扩束的设计还需要进行系统的优化。

在设计过程中，需要综合考虑各种因素，如光学元件的质量、激光束的功率损耗、光学系统的稳定性等。

这就需要通过仿真软件对光学系统进行模拟和分析，以评估系统的性能和优化系统的设计。

常用的光学仿真软件有ZEMAX、CODEV 等，通过这些软件可以对激光准直扩束进行精确的模拟和分析，为系统的实际制造提供参考。

总结起来，激光准直扩束的设计和仿真是一项复杂而且关键的工作，需要综合考虑多个因素。

通过选择合适的光学元件、调整参数和优化系统设计可以实现最优的准直扩束效果。

同时，借助光学仿真软件可以对光学系统进行精确的模拟和分析，提高系统设计的效率和准确度。

激光准直扩束镜波前差的ptv值
对于激光扩束镜，有两种经典的结构，一种是开普勒型，一种是伽利略型。

对于激光扩束镜而言，优先使用伽利略型。

设计一个在波长$\lambda$=0.6382μm下操作的激光扩束器，光束输入直径为5mm，输出直径为25mm，输入输出均为准直光，系统总长不超过250mm。

在实际的使用过程中，希望镜头的扩束效果比较好，所以在激光扩束后，波前差的PTV值小于$\lambda$/10。

PTV值是指峰值到谷值的光程差，激光扩束镜波前差的PTV值越小越好。

在实际应用中，设计人员可以根据具体的应用场景和需求，选择合适的激光扩束镜，并对其进行优化设计，以获得更好的扩束效果。

激光扩束镜选择指南激光扩束镜是一种用于控制和调节激光光束直径的光学元件。

随着激光技术的广泛应用，激光扩束镜的选择变得越来越重要。

本文将从激光波长、光束直径、材料选择、镜面质量等多个方面，为您提供一份激光扩束镜的选择指南。

1. 激光波长：激光波长是选择激光扩束镜的关键因素之一、不同波长的激光会对材料产生不同的影响，因此需要根据激光的波长来选择合适的激光扩束镜。

常见的激光波长包括红色（650nm）、绿色（532nm）、蓝色（445nm），对应的激光扩束镜也有所不同。

2.光束直径：激光扩束镜的主要功能是调节光束的直径。

光束直径是激光技术中一个重要的参数，它决定了激光束的聚焦能力和传输效率。

根据实际需要，选择合适的光束直径，可以提高激光系统的性能和稳定性。

3.材料选择：激光扩束镜通常由光学玻璃、石英和金属等材料制成。

不同材料具有不同的光学性能。

例如，光学玻璃具有较好的透光性和耐热性，适用于大多数常见的激光波长。

而石英具有优秀的耐热性和耐化学性，适用于高功率激光器系统。

4.镜面质量：激光扩束镜的镜面质量直接影响光束的质量。

在选购激光扩束镜时，要选择具有高表面质量和小表面粗糙度的镜面。

这样可以减少激光束透射和反射时的损耗，提高激光束的质量和传输效率。

5.环境适应性：激光扩束镜通常用于工业和科研领域，工作环境复杂多变。

因此，在选择激光扩束镜时，要考虑其适应不同工作环境的能力。

例如，工业应用通常需要耐高温、耐振动和防护等特性，而科研应用可能需要更高的准确性和稳定性。

6.成本效益：激光扩束镜的成本也是选择的重要因素之一、根据不同的应用需求，选择合适的激光扩束镜，既要满足技术要求，又要符合预算限制。

因此，要充分考虑成本和性能的平衡，选择性价比较高的激光扩束镜。

综上所述，选择适合的激光扩束镜需要考虑多个因素，包括激光波长、光束直径、材料选择、镜面质量、环境适应性和成本效益等。

只有综合考虑这些因素，才能选择到最合适的激光扩束镜，提高激光技术的应用效果。

简易激光扩束器的设计和制作激光扩束器是一种用于将激光束从较小的光斑扩展为较大光斑的装置。

它被广泛应用于激光加工、激光切割、激光打标等领域。

本文将介绍一种简易激光扩束器的设计和制作方法。

设计思路：激光扩束器的设计主要包括两个方面：一是设计扩束光学系统，二是设计支架和固定装置。

光学系统是扩束器的核心部分，其主要功能是将光源的激光束扩展为所需光斑大小。

支架和固定装置则用于固定激光器和光学元件，保证整个系统的稳定性和可靠性。

1.设计扩束光学系统：扩束光学系统由凸透镜或透镜组成，其结构可以融合多个透镜，用于实现不同程度的扩束效果。

光学系统的设计原则是根据输入光斑的直径和所需扩束光斑的直径，确定透镜的焦距和透镜的间距，从而得到所需的扩束效果。

2.设计支架和固定装置：支架和固定装置的设计主要是为了保证光学系统的稳定性和可靠性。

可以使用金属材料如铁、铝等来制作支架和固定装置。

支架的设计要考虑光学系统的大小和形状，确保透镜和光源之间的距离和位置固定不变。

固定装置可以使用螺丝、销钉等固定装置，固定光学系统和支架。

制作过程：1.准备工作：选购适合的透镜和光源，选择适当的材料制作支架和固定装置，准备必要的工具如锉刀、打磨机、钳子等。

2.设计光程：根据扩束光学系统的要求，计算出透镜的间距和焦距，确定所需光程和位置。

3.制作支架和固定装置：根据设计要求和透镜的大小，使用金属材料制作支架和固定装置。

可以根据需要加工，打磨和调整尺寸以适应光学系统的安装。

4.安装光学系统：根据设计的光程和位置要求，将透镜安装在支架上，通过固定装置固定在支架上。

确保透镜和光源之间的距离和位置固定不变。

5.安装光源和测试：将激光器或者光源安装在支架上，并与光学系统相连接。

连接好电源，对系统进行测试，观察扩束效果是否满足需求。

6.调整优化：根据实际情况，调整光学系统的参数，如透镜的间距、焦距等，进一步优化扩束效果。

可以通过实验和测试，不断调整和优化以获得更好的扩束效果。

扩束镜的原理及应用1. 扩束镜的定义扩束镜，也称作密接镜，是一种透明的光学镜片，具有凸透镜的形状。

通过它特殊的光学设计，可以将平行光线汇聚到一个焦点上，从而实现光线的聚焦，同时也可将散射的光线聚集起来。

2. 扩束镜的原理扩束镜的原理基于凸透镜折射光线的特性。

凸透镜具有一个中心光轴和两个曲率半径，光线进入凸透镜时，会因折射而改变光线的传播路径。

•当光线从空气射向较密度较高的材料（如玻璃）时，会向凸透镜的中心轴弯曲。

这种折射效应使得光线在通过凸透镜时产生了一个聚焦点，也称作焦点。

•扩束镜的设计使得其曲率半径在中央较小，在边缘较大。

这种设计使得边缘上的光线更弯曲，从而使得凸透镜可以将散射的光线集中到一个焦点上。

•扩束镜的形状和材料的折射率会影响光线的聚焦效果。

凸透镜的曲率半径越小，聚焦能力越强。

折射率越大，凸透镜的聚焦效果也越好。

3. 扩束镜的应用扩束镜在许多领域中有着重要的应用。

下面列举了几个常见的应用领域：3.1 天文学在天文学中，扩束镜被用作望远镜的主要组件之一。

望远镜使用扩束镜来聚焦远距离天体发出的光线，使其能够被观测者清晰地观察到。

扩束镜的设计可以使望远镜具有较高的分辨率和放大倍率，以便研究更遥远的天体。

3.2 激光技术扩束镜也被广泛运用在激光技术中。

激光发射的光线经常需要进行聚焦，以便实现更精确的切割、打印或测量。

扩束镜可用于将激光束聚焦到一个小的点上，从而实现精确的操作。

3.3 照明系统在照明系统中，扩束镜可用于调整光线的发散和聚焦性能。

通过控制光线的聚束效果，照明系统可以提供不同的亮度和照射范围，适应不同场合的需求。

3.4 光学传感器扩束镜在光学传感器中也有广泛应用。

传感器需要捕捉来自特定物体或区域的光信号，扩束镜能够增加传感器接收到的光线强度，并集中到传感器上，提高传感器的灵敏度和精确度。

4. 总结扩束镜以其独特的光学设计，能够将平行光线汇聚到一个焦点上，实现光线的聚焦和集中。

它在天文学、激光技术、照明系统和光学传感器等领域中有着广泛的应用。

激光扩束器光源发出的激光一般是一束准直的细圆柱光束，直径为1～2mm，而实际要求激光束有一定的宽度.下面讨论两种常用扩束方法.1) 棱镜扩束法由于棱镜材料的折射，使出射光方向与入射光方向不同，其入射角与棱镜顶角的变化可以引起光束宽度的改变.棱镜扩束示意图如图1a .每个棱镜的扩束比为D/d=M=cos［arcsin（sinφ/μp）］/cosφ′式中D为出射光的宽度；d为入射光的宽度；M为扩束比；φ为入射角；φ′为折射角；μp 是棱镜的折射率.玻璃棱镜的μp=1.54.根据现有的数据，d=2mm，D=47mm,则总的扩束比为Mn=D/d=23.5图1 棱镜扩束系统若想用3个棱镜完成扩束比，则每个棱镜的扩束比应为M=M1/3n=2.8由M=cos［arcsin(sinφ/μp)］/cosφ′=2.8 ，可近似算得φ=81°.由折射定律μp=sinφ/sinφ′,可得φ′=53°.在选择棱镜的顶角时，应使得出射光束尽可能垂直于出射面，以使这个出射面反射最小.由几何学可知，应取棱镜顶角ψ＝φ′＝53°.实际的棱镜扩束光路如图1b.和下面的透镜扩束相比，具有体积小，无象差等优点，并同时使入射光方向转了近90°，用在系统光路中即扩展了光束，也使光线方向发生改变，起到了扩束镜和反射镜的双重作用.总尺寸为10cm×10cm.2) 透镜扩束法设透镜的焦距为F，物距和象距分别为S01和S02，它们之间的关系为当S01=F时，S02=∞,说明透镜焦点上的一个点光源经过透镜后为一平行光；当S02=F时，S01=∞,表明当入射光为一平行光时，经过透镜后，聚焦在透镜的焦点上，如图2所示.图2 透镜聚光原理利用这一特点，采用两个焦距不同的透镜，可以构成如图3所示的扩束和准直系统.F1、F2分别为两个透镜的焦距，由几何光学原理很容易得出束宽放大比率为M=F2/F1设激光束直径为d，光束宽度为D，那么M=D/d=F2/F1图3 扩束系统和棱镜相比，透镜存在相差的影响，其中最主要的是球差.球差是由于非傍轴光线通过透镜时屈折得过分利害引起的，从而引起聚焦不好，如图4a.但是如果把一块透镜想象成两块棱镜在底部连接而成，那么明显的是：当入射光线同镜面和出射光线同镜面大致成同样大小的角度时，入射光线的偏转将最小，在图4b中，只要把透镜翻转过来，就使球差显著减小，当入射光是平行光时，对一个简单的凸透镜来说，若其后表面几乎为平面但不完全是平面时，将会有最小的球差.由于光路是可逆的，用两个透镜进行扩束时，应使两个透镜较平的一面相对，来减小相差.图4 一个平凸透镜的球差。

华中科技大学《光学设计实验》实践报告院系光学与电子信息学院专业班级光电卓越工程师1101班学生姓名熊乔洲（U201114964）毛振宇（U201117800）实践成绩指导老师时间 2013/4/10一、激光扩束镜设计一、设计要求：设计一个激光扩束镜，扩束倍数为三倍，入射孔径为3mm，斜入射角1°，同时要求几何尺寸合适。

二、设计思路：１．确定第一面透镜由于激光能量较高，所以光线追迹时，尽量使光束不在镜筒中汇聚，如果采用两面透镜来完成设计，就要保证第一面透镜为凹凸镜，先将光线发散，第二面为凸透镜再将光线汇聚，平行光出射。

２.确定第二面透镜：在第一面透镜后放置凸透镜才能满足对无限远处对焦的要求。

３．几何参数的确定：由于要求几何尺寸合适，不妨将总尺寸设为160mm，由应用光学知识可以计算，则第一面透镜的焦距应该取-80mm，第二面透镜焦距取为240mm，筒长为160mm（也就是两透镜的几何距离）。

4.做到了平行光出射，并扩束三倍的要求后，下一步需要做的便是减少像差，这个里面可以调整的有透镜的材质，在几何尺寸允许的条件下还可以再对相对距离等参数做出微调，以求能调出像差较小的设计。

同时为增加可调自由度，还可以考虑再增加一面或者两面透镜，来达到消像差的目的。

三、设计过程（1）第一面透镜在设计第一面透镜时，先大致利用应用光学知识进行计算，估算透镜两个面的曲率半径，这里，大约可以取R1=-50mm，R2=200，材质使用BK7玻璃。

这时，可以先看看这一面透镜的相关参数，探究下像差与单面透镜的一些参数的关系，这里，发现，当透镜的曲率半径取得越大时，透镜显示的球差和慧差越大，所以，在实验和实际工程中，建议使用曲率合适的透镜。

同样，根据设计思路，这时需要解决的另一个问题便是确定第一面透镜的焦距，这里可以使用SYNOPSYS软件中的edit solves 功能来确定其焦距，最后，经过调试，选择的是R1=-55，R2=150，选用BK7玻璃。

一、激光扩束镜设计一、设计要求：设计一个激光扩束镜，扩束倍数为三倍，入射孔径为3mm，斜入射角1°，同时要求几何尺寸合适。

二、设计思路：１．确定第一面透镜由于激光能量较高，所以光线追迹时，尽量使光束不在镜筒中汇聚，如果采用两面透镜来完成设计，就要保证第一面透镜为凹凸镜，先将光线发散，第二面为凸透镜再将光线汇聚，平行光出射。

２.确定第二面透镜：在第一面透镜后放置凸透镜才能满足对无限远处对焦的要求。

３．几何参数的确定：由于要求几何尺寸合适，不妨将总尺寸设为160mm，由应用光学知识可以计算，则第一面透镜的焦距应该取-80mm，第二面透镜焦距取为240mm，筒长为160mm（也就是两透镜的几何距离）。

4.做到了平行光出射，并扩束三倍的要求后，下一步需要做的便是减少像差，这个里面可以调整的有透镜的材质，在几何尺寸允许的条件下还可以再对相对距离等参数做出微调，以求能调出像差较小的设计。

同时为增加可调自由度，还可以考虑再增加一面或者两面透镜，来达到消像差的目的。

三、设计过程（1）第一面透镜在设计第一面透镜时，先大致利用应用光学知识进行计算，估算透镜两个面的曲率半径，这里，大约可以取R1=-50mm，R2=200，材质使用BK7玻璃。

这时，可以先看看这一面透镜的相关参数，探究下像差与单面透镜的一些参数的关系，这里，发现，当透镜的曲率半径取得越大时，透镜显示的球差和慧差越大，所以，在实验和实际工程中，建议使用曲率合适的透镜。

同样，根据设计思路，这时需要解决的另一个问题便是确定第一面透镜的焦距，这里可以使用SYNOPSYS软件中的edit solves 功能来确定其焦距，最后，经过调试，选择的是R1=-55，R2=150，选用BK7玻璃。

（2）第二面透镜下一步便是确定第二面透镜的相关参数，根据设计思路中的计算，可以知道两面透镜之间的距离，所以需要确定的是透镜在像差比较小的情况下，能使光纤平行出射的焦距，也就是设计思路里面所确定的240mm。