光束扩展 - 由非球面透镜组成的独特系统

传统的激光扩束镜需要大量的适配工作,体积相对较大,并且只适用于某个波长。世界上第一次使用非球面透镜进行激光束扩展开启了全新的可能性。球面像差被校正,并且实现了用于大输入光束直径的无焦系统。与目前市场上可用的光学元件相比,非球面光束扩展透镜将系统尺寸缩小了50%。asphericon系统覆盖了较宽的波长范围。设计波长为355、532、632和780至1064nm。智能装配概念可节省耗时的调整,并确保了精密度和灵活性。了解非球面光束扩展在您的应用中的优点!

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a|BeamExpander

了解世界上第一台非球面衍射受限扩束镜。a|BeamExpander是一种单片激光附件,只有一个非球面透镜,可实现最高水平的精密度。通过高达32倍的光束放大率和针对不同设计波长(355、532、632、780、1064nm)的优化性能,体验几乎无穷无尽的可能性 - 单独测量和认证。Asphericon光束扩展系统的工作完全受衍射限制,既可以作为单个元件,也可以与最多五个附加镀膜元件级联。有三种放大倍率(1.5、1.75、2.0),可实现高达32倍的扩展。

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  • 有五种设计波长可供选择[355nm/532nm/632nm/780nm/1064nm]
  • 最大输入孔径10.6至14.7mm,最大输出孔径22.5mm
  • 有三种放大倍数可供选择[1.5|1.75|2.0]
  • 最多可结合五个扩束镜,实现32倍光束扩展和超过230个中间级
  • 完全衍射受限 - 由原始Asphericon证书单独测量和保证
  • 激光诱导损伤阈值(镀膜):12J/cm²,100Hz,6ns,532nm

开普勒望远镜的设计代表了光束扩展系统最简单的原理。这里,两个不同焦距的会聚透镜组合在一起。光束横截面的扩大或缩小取决于焦距的商

(1) \(V = \frac{f_2}{f_1}\)

光学系统的总长度基本上由两个透镜的距离决定,这可以通过焦距的总和来估计,

(2) \(e = f_1 + f_2\)

在伽利略望远镜中,会聚透镜被发散透镜代替,这减少了结构长度,同时保持了放大倍率。图1显示了两者:开普勒望远镜/开普勒扩束镜(a)和伽利略望远镜/伽利略扩束镜(b),放大倍数为10倍(V=10)。

球形单透镜用于传统的光束扩展系统。因此,球面像差变得可见。这可以通过透镜表面之一的非球面化来补救,特别是在需要高质量波前的情况下。透镜表面的形状可由下式描述

(3) \(z(h) = \frac {h^2}{R(1+\sqrt{(1-(1+k) \frac{h^2}{R^2}}} + \sum_{i=2}^{n} A_{2i} h^{2i}\)

就光学表面的形状和透镜距离而言,这些光束扩展系统通常针对一个波长进行优化。球面像差可以减少到最低限度。

通过增加额外的光学组,光束扩展系统在可调节的放大倍率方面获得了额外的灵活性。使用对称变焦系统最容易做到这一点,该系统由三个光学透镜(会聚透镜-发散透镜-会聚透镜)组成。因此,两个透镜必须能够改变它们的位置,从而确保每个放大倍率下的无焦光路。根据需要,这样的系统可能变得非常复杂,从而在机械嵌入方面的需求增加。


单片光束扩展系统

单片光束扩展系统采用了一种稍微不同的方法,它在工作原理上类似于伽利略望远镜,但只由一个光学元件组成 - 弯月透镜。两个光学活性表面具有共同的曲率中心。这种所谓的零透镜的原理早已为人所知,但是它们在具有两个球面的原始设计中表现出很强的球面像差,因此只适用于非常小的光束直径和非常低的放大率。

图2(a)示出了这种球面透镜中的光束路径。如果这些光学元件非球面化为两个表面中的一个,球面像差可以被校正,如图2(b)所示,并且可以实现用于大光束直径的无焦系统。

 

与图1相比,可以清楚地看到光学性能的改善。这两种情况下的放大率都对应于V=2,因此光束直径相差2倍。这种单一元件的最大可达到的放大倍数为V=2。这是通过近轴放大来估计的

(4) \(V = \frac {d}{r} * \frac {n-1}{n}\)

其中n是玻璃的折射率,r是凹面的半径,d是中心厚度。

事实证明,由于整体长度的限制,单片伽利略望远镜的单一元件放大率相对较低。由于这是一个无焦光束扩展系统,当它们在光束路径中连续“串联”时,它们可以逐渐增加输入光束(图3c)。

 

各种放大级别允许两者,具有最小空间要求的高放大率(使用V=2)以及更精细的增量(使用V=1.5和V=1.75)。由于单一元件的无焦设计,弯月透镜可以在光束路径内任意定向。

级联使用单片光束扩展系统比传统光学系统涉及更多的光学表面(见图3)。而且,每个第二表面都是非球面的!对于这种用于柔性光束扩展的级联系统,单一元件需要非常高的表面质量。在随后的使用过程中,各种组合的先决条件是,整个清晰孔径上的每个单一元件必须明显优于“衍射受限”的要求,即波前误差RMS<λ/14。

如果同时非常准确地制造表面的中心厚度和偏心,可以说是完全免调节的光束扩展系统,因为调节所需的所有自由度通过制造为整体元件而固定在最佳位置。此外,引入更多用于改变放大倍率的单片元件将完全无需调整,因此快速简便。

扩束镜主要用于光学实验室的研究,例如用于放大激光或提高光学组件的可用性。在航空航天、生物技术、成像、材料研究和材料加工,特别是激光材料加工的研发部门,也使用扩束镜系统。

基于选定组件的高分辨率波前或光束轮廓测量,asphericon保证了BeamTuning元件的质量,也通过认证。

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波前和发散偏差以及对超短激光脉冲的影响可以通过我们的BeamTooling App计算出来。这款App可以在苹果和谷歌应用商店免费下载。

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a|Waveλdapt

在不同于设计波长的波长下使用a|BeamExpander?a|Waveλdapt没有问题。它覆盖了从500nm至1600nm的完整光谱范围,校正波前变形并调整光束发散度,同时保持光束直径。这种激光设备的使用非常灵活,尤其是与传统系统相比,该系统的总长度非常短。由于其公制细螺纹,a|Waveλdapt像所有的BeamTuning元件一样,可以很容易地集成到任何光学系统中。

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  • 适用于四种a|BeamExpander设计波长[532nm/632nm/780nm/1064nm]
  • 针对500nm至1600nm的波长范围进行了优化调整
  • 补偿高达1mrad的发散入射光束
  • 最多可与五个BeamTuning元件组合,完全受衍射限制
  • 保存调整后的放大率
  • 最大输入孔径22.5mm,最大输出孔径22.5mm
  • 轻松灵活的操作

当在波长不同于设计波长下使用a|BeamExpander时,出射光束要么发散要么会聚。此外,由于非球面镜和中心厚度不再与设计意图相匹配,因此会出现高阶波前像差。合适的a|Waveλdapt可以在其使用范围内轻松设置这些问题,从而增加a|BeamExpander的灵活性。例如,通过使用780nm的a|Waveλdapt,波长为850nm的光束可以被780nm的a|BeamExpander准直。衍射受限的性能通过准直新波长的出射光束实现。

当使用相应的a|Waveλdapt时,设计波长[nm]532、632、780、1064的覆盖波长范围。

a|Adapter

跨系统和系统内a|Adapter使单个光束调谐产品和嵌入式光学元件能够快速装配在一起。它们还可以确保与其他光学系统的高兼容性,而无需进行任何额外的调整。

艾斯飞睿的系统内适配器可用于在两个功能方向(扩束和缩束)上连接几个a|BeamExpander,以便更好地调整放大率。与此同时,艾斯飞睿的新型接头适配器,倾斜式a|Adapter提供了更大的灵活性。它允许组合波束调谐(BeamTuning)元件,即使该应用意味着波束需要倾斜。由于倾斜式a|Adapter可以在不同方向上进行灵活倾斜,因此光束路径内的光学元件仍然可以精确对齐。跨系统a|Adapter的范围包括带有C-mount和SM1线程的适配器,以便轻松集成到现有设置中,即使是非系统设置。由于其外径,周长为1.2英寸的适配器既可用作系统内适配器,也可用作跨系统适配器。

购买a|Adapters

系统内a|Adapter允许组合所有的波束调谐(BeamTuning)元件,例如在两个功能方向上使用a|BeamExpander,以扩大或缩小波束直径。倾斜式a|Adapter确保光束路径内所有光学元件的精确对准,并可在不同方向(x和y方向)灵活倾斜。

使用跨系统a|Adapter(SM1 C型支座),通过各种嵌入概念,轻松将所有BeamTuning元件集成到任何光学系统中(例如,Qioptiq、OWIS或Edmund Optics)。得益于其外径,1.2英寸周长既可用作系统内a|Adapter,也可用作跨系统a|Adapter。

a|BeamBox Essential

将Asphericon的BeamExpansion产品与MountedOptics和/或BeamShaping产品灵活地组合在一起,以满足您的个性化应用需求。 为了快速简单地进行概述,Asphericon已经开发了各种标准的a|BeamBoxes组合。“Essential”系列包括五个不同波长的光束扩展盒。

要求提供个性化a|BeamBox

  • 将最多八个a|BeamExpanders与一个a|AspheriColl、一个a|Waveλdapt和匹配的a|Adapters相结合
  • 针对波长355、532、632、780和1064nm进行了优化
  • 质量:衍射受限的波前
  • 具有诱人成本节约的多元件套件

将a|BeamExpander、a|Waveλdapt、a|TopShape、a|AiryShape和a|AspheriColl与a|Adapters(系统内和跨系统)和MountedOptics单独结合以满足您的要求。几乎每种组合都有可能!请联系我们。

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激光束的精密光束扩展和整形 - Asphericon BeamTuning

除了用于扩展和减少激光的非球面扩束镜(a|BeamExpander)之外,Asphericon已经在BeamTuning系列内开发了进一步的光学模组。该产品范围包括用于FC/PC激光跳线光纤的光纤准直器 (a|AspheriColl)、用于在其设计波长之外使用a|BeamExpanders的元件 (a|Waveλdapt)、系统内和跨系统适配器 (a|Adapters)、 以及嵌入式非球面光学器件(MountedOptics)。补充 - 同样基于非球面光学 - 我们提供适用于广泛应用的光束整形镜。了解更多关于在非球面光束整形光学器件站点将准直激光束整形为平顶光束和/或不同聚焦光束轮廓的信息。还可以了解我们的服务,如高性能光学镀膜和计量。

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