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一、激光扩束系统
激光扩束系统激光扩束系统通过改变光束的直径和发散角，实现以下目标：
1）增大光束直径：减少后续光学元件的衍射效应，提高聚焦光斑质量。
2）减小发散角：提升准直性，适合长距离传输（如激光测距、通信）。
3）校正非对称光束：例如将半导体激光器的椭圆光束整形成圆形。
激光扩束系统设计是激光光学中的关键环节，主要用于调整激光束的直径、发散角以及波前特性，以满足准直、聚焦、光束整形或远距离传输等需求。
二、扩束系统的类型
1. 开普勒式扩束器（Keplerian）
结构：由两个正透镜（凸透镜）组成，中间形成实焦点。
特点：
- 适合高功率激光（焦点处无光学元件，避免损伤）。
- 可插入空间滤波器（如针孔）改善光束质量。
- 系统较长（因需两倍焦距间隔）：输入光束→ 透镜1（焦距f₁）→ 实焦点 → 透镜2（焦距f₂）→ 输出光束。
- 扩束比 M = f₂ / f₁。
2. 伽利略式扩束器（Galilean）
结构：由一个负透镜（凹透镜）和一个正透镜（凸透镜）组成，无实焦点。
特点：
- 结构更紧凑。输入光束→ 凹透镜（焦距-f₁）→ 虚焦点 → 凸透镜（焦距f₂）→ 输出光束。
- 无焦点，适合超高功率激光（避免空气电离）。
- 扩束比， M = f2/ |f1| 。
3. 棱镜式扩束器（Anamorphic Prism Pair）
利用棱镜组合进行扩束设计
原理：利用棱镜的折射效应在单方向扩束，常用于校正椭圆光束（如激光二极管）。
特点：
- 非对称扩束（仅调整X或Y方向）。
- 需成对使用以保持光束传播方向。
- 扩束比限制：棱镜扩束通常适用于中小扩束比（如2-5倍），更大扩束比可能需要透镜组合。
- 结构紧凑: 直角棱镜的90°转向特性允许将长距离的扩束光路（如开普勒或伽利略式扩束器）折叠到更小的空间内，减少系统体积。
- 通过组合多个直角棱镜，可以灵活调整光路方向，适应复杂布局。
- 棱镜的刚性结构更不易受振动或温度变化影响，适合需要长期稳定性的应用（如激光测距、干涉仪）。
- 通过优化棱镜材料和顶角，可以最小化色散或波前畸变，保持光束质量。
笔者喜欢用两组相同的棱镜设计，这里的相同有双重含义，第一指的是两个透镜的形状完全相同，可以在节省加工成本。第二指的是棱镜相对于入射光线的摆位完全相同，这样子很方便计算，只需要计算一组结果即可，第二组棱镜直接斜边朝着入射光直立放置即可，光路配置非常方便。
先计算光线经过第一个棱镜的放大率，则整个系统的放大率就是已知的，假设棱镜对折射率n已知，且入射光线和棱镜斜面的夹角已知，根据三角关系，可以直到光束扩展倍率：
M1=D1/D0=(1/sinα)*cos[sin^(-1)(cosα/n)]
由于两个棱镜是串联的，因此整个系统的扩束倍率为：
M=M1*M1
这种棱镜实现的功能和柱面透镜相同，可以改变光斑两个方向上的尺寸比，也就是说，既可以把圆形光斑整形为椭圆光斑，也可以对矩形光斑进行整形。但是这种组合有个明显的劣势，系统的光轴是偏心的，所以没有特别的要求，不建议使用这种optical axis shift的设计方案。
三、总结：
通过合理选择扩束器类型、优化光学参数并严格装调，可实现高性能激光扩束系统。对于复杂需求（如宽波长范围或超短脉冲），需额外考虑色散补偿或啁啾管理。
作者QQ及微信：49922779 
