一个DIY开普勒缩束器(扩束器)的设计案例

源自知乎:Thorlabs

01-16 11:58

当激光器输出光束直径超出光隔离器的通光孔径时,系统将无法正常工作。这里通过一个具体案例,展示如何基于开普勒望远镜原理,利用两个平凸透镜DIY一个高效的缩束器。内容涵盖了从参数计算、元件选型到实际装配的全过程,为解决光学对准难题提供了清晰的思路。

一个DIY开普勒缩束器(扩束器)的设计案例智能速览

  • 应用场景是解决激光光束直径大于隔离器通光孔径的问题。

  • 选用开普勒式设计,因其几何图示更简单清晰。

  • 核心元件为焦距35mm和50mm的两个Ø1英寸平凸透镜。

  • 设计缩束比为0.7,可将Ø3mm光束缩小至Ø2.1mm。

  • 通过公式计算了光束发散,确保其在传播后不超隔离器孔径。

  • 使用可调套筒安装透镜,间距约为85mm并可以微调。

一个DIY开普勒缩束器(扩束器)的设计案例精华内容

要成功搭建这个缩束器,关键在于将理论计算与实际装配相结合。从确定缩束比、选择透镜,到验证光束传播后的尺寸,每一步都直接影响最终效果。

问题与目标

首先要明确具体问题。PL201激光器输出的520nm绿光,其99%功率集中在直径为3mm的光束内,而后续的自由空间光隔离器(IO-3-532-LP)最大通光孔径仅为2.7mm。光束无法通过,因此必须进行缩束。目标是设计一个缩束器,将光束直径缩小至约2.0mm,为后续对准预留裕度。

设计选型

缩束器选用开普勒式设计,由两个正透镜组成,图示更直观。透镜选用Ø1英寸的平凸透镜,镀增透膜,曲面朝向入射光以减小畸变。根据目标缩束比0.67(2.0/3.0),选择焦距为35mm和50mm的透镜组合,实际缩束比为0.7(35/50),可将光束从3mm缩小至2.1mm。

光束验证

缩束会增大光束发散角。必须验证光束在传播18cm后(隔离器输入端)的直径是否仍小于2.7mm。通过束腰直径(2.1mm)和波长(520nm)计算半发散角,再推算出18cm处的光束直径。计算结果显示,光束尺寸在隔离器输入和输出端均满足要求,证明了设计的可行性。

装配调整

实际装配时,由于激光束腰不在透镜的理想位置,两个透镜的间距需要微调。使用SM1系列的Ø1英寸光学套筒进行搭建,焦距50mm的透镜安装在可调套筒SM1V10上,便于优化间距。整体装置通过一个夹具固定,确保稳定性。最终透镜间距约为85mm。

这个DIY案例完整展示了如何解决一个实际的光学工程问题。从理论计算、元件选型到最终的装配调试,每一步都有理有据。这种系统性的方法不仅适用于缩束器,也为其他光学系统的搭建提供了宝贵的参考。面对类似的光束匹配难题,你是否也想尝试亲手搭建一个呢?

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