激光扩束
激光准直扩束注意事项
激光准直扩束注意事项激光准直和扩束是激光技术中的重要工艺环节，它涉及到激光束的调整和优化，对于激光器的性能和应用具有重要的影响。
以下是关于激光准直和扩束的注意事项。
1. 准直调节：在激光束的准直调节中，首先应确保光路系统的稳定性和准确性。
调节时应采取稳定的支撑装置，避免外界的振动和干扰，以保证调节的精度和准确性。
其次，准直调节时应采用高精度的准直仪器，如细动螺丝、角度尺、反射镜等。
通过调节反射镜的角度和位置，使激光束与光轴重合，达到准直要求。
此外，准直调节还需考虑到激光束的色散参数，因为不同波长的激光在空间中会产生不同的色散效应。
对于多色激光器，需要特别注意准直时的色散补偿。
2. 扩束调节：在激光束的扩束调节中，通常采用逐点扩束法。
首先，需准确测量激光束的束径和发散角，然后根据设计要求调整逐点扩束位置和焦距。
在扩束过程中，需要注意激光束的功率分布，以避免能量过度聚焦导致光学元件损坏和光束质量下降。
常见的方法是采用透镜组合来实现扩束，通过透镜的设计和布置来控制光束的扩束和高斯功率分布。
此外，还需注意扩束过程中的色散问题。
不同波长的激光束在透镜中会产生不同程度的色散，导致扩束后的光斑大小不一致。
因此，在设计和选择透镜时，要考虑到激光束的色散补偿，以保证扩束后的光斑稳定和一致。
3. 材料选择：在激光准直扩束过程中，需要选择适合的光学材料。
由于激光束的高能量密度和聚焦效果，光学元件容易受到热应力和光学损伤等问题的影响。
因此，对于高功率激光器应选用具有高热稳定性和耐损伤性的材料，如石英、硅、钛宝石等。
此外，还需考虑材料的透光性和光学性能。
不同材料对于激光器工作波长的透光性不同，选择合适的材料可有效减少激光器的光损耗和能量损失。
4. 温度和湿度控制：在激光准直扩束过程中，温度和湿度对于光学元件的性能和稳定性有重要影响。
要保持恒定的环境温度和湿度，以确保光学系统的稳定工作。
温度过高会引起光学元件的热膨胀和热应力，导致光斑形状的变化和光学性能的降低。
激光扩束镜结构
激光扩束镜结构激光扩束镜是一种常见的光学元件，用于调整激光束的直径和扩束角度。
它由两个主要部分组成：透镜和反射镜。
透镜用于调整激光束的直径，而反射镜用于调整激光束的扩束角度。
激光扩束镜的透镜通常是凸透镜，它具有向外凸起的形状。
当激光束通过透镜时，透镜会将光线聚焦到一个点上，这可以减小激光束的直径。
透镜的曲率半径和直径决定了光线的聚焦程度。
较小的曲率半径和较大的直径将导致更大的扩束角度，而较大的曲率半径和较小的直径将导致更小的扩束角度。
激光扩束镜的反射镜通常是平面镜或曲面镜。
平面镜可以改变激光束的方向，而曲面镜可以改变激光束的扩束角度。
曲面镜通常是凸面镜或凹面镜。
凸面镜会使激光束扩束，而凹面镜会使激光束聚束。
反射镜的选择取决于需要调整的激光束特性。
激光扩束镜的结构可以是单透镜结构或双透镜结构。
单透镜结构包括一个透镜和一个反射镜，它们组合在一起以实现激光束的扩束。
双透镜结构包括两个透镜和一个反射镜，透镜和反射镜交替排列以实现更精确的扩束控制。
激光扩束镜的设计需要考虑许多因素，包括所需的扩束角度、激光束直径和波长等。
此外，材料的选择也很重要，因为不同的材料对激光束的传输和扩束特性有不同的影响。
激光扩束镜在许多应用中发挥着重要的作用。
例如，它们可以用于激光切割、激光打标和激光焊接等工艺中，以调整激光束的特性，使其适应特定的加工需求。
此外，激光扩束镜还可以用于激光通信和激光雷达等领域，以实现远距离的光信号传输和探测。
激光扩束镜是一种重要的光学元件，用于调整激光束的直径和扩束角度。
它由透镜和反射镜组成，可以采用单透镜结构或双透镜结构。
激光扩束镜的设计需要考虑多个因素，并在各种应用领域中发挥着关键作用。
激光准直扩束镜波前差的ptv值
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。
激光变焦扩束光学系统设计
激光变焦扩束光学系统设计
激光变焦扩束光学系统是一种用于激光束的焦距和扩束半径调节的光学系统。
下面是一些激光变焦扩束光学系统设计的关键要点：
1. 透镜组设计：激光变焦扩束光学系统通常包含多组透镜，以实现对激光束的聚焦和扩束功能。
设计时需要考虑透镜组的组合，以及透镜的曲率半径和透镜间距等参数。
2. 光束扩束：为了实现光束的扩大，可以使用凸透镜或凹透镜来改变光束的发散角度。
广角透镜通常用于扩大光束，而窄角度透镜则用于聚焦光束。
3. 光束聚焦：为了实现光束的聚焦，系统可以使用具有更大折射率的透镜来提高光束的聚焦效果。
光束的焦点位置可以通过调整透镜与光源之间的距离来调节。
4. 自动聚焦系统：在某些应用中，可能需要实现自动聚焦功能。
这可以通过添加传感器或探测器来实现，以测量光束的强度或相位变化，并相应地调整透镜位置来保持光束的聚焦。
5. 光线控制：为了优化光束的质量和形状，可以使用光线控制器，如液晶光学器件或波片。
这些器件可以用来调整光束的相位和偏振状态，以实现更精确的焦散效果。
6. 光束评估：在设计过程中，需要对光束进行评估和测试，以确保所设计的系统具有所需的光束质量和性能。
常用的评估方
法包括光束直径测量、波前畸变测量和功率均匀性分析。
7. 材料选择和涂层：透镜和其他光学元件的材料选择非常重要，以确保系统具有所需的光学性能和耐用性。
此外，表面涂层也需要进行优化，以减少反射和散射，提高光束的传输效率。
总之，激光变焦扩束光学系统设计需要综合考虑光学元件的布局、透镜参数、光束聚焦和扩束方法，以及光束控制和评估等因素，以实现所需的聚焦和扩束效果。
简易激光扩束器的设计和制作
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。
激光照射方式
激光照射方式
激光照射方式主要有以下三种：
1. 扩束照射法：将原光束通过凹透镜扩束后照射患处。
其功率密度较小，光斑面积较大，适用于较大面积的病灶照射。
2. 光纤直接照射法：激光从光纤输出后对患部进行照射。
适用于体表小面积及部分腔内（如鼻腔、外耳道、阴道、尿道）病灶的照射治疗。
3. 光纤内窥镜照射法：在内窥镜的配合下，将传输激光的光纤送人内腔进行照射。
不同的激光照射方式有不同的适用范围和治疗效果，具体使用时需要根据患者的病情和医生的建议进行选择。
激光扩束镜结构
激光扩束镜结构激光扩束镜是一种用于调整激光光束直径的光学元件。
它通常由一个具有一定曲率的球面镜面组成。
激光扩束镜结构的设计和制造对于激光器的性能和应用具有重要影响。
一般而言，激光扩束镜由两个主要部分组成：球面镜面和支撑结构。
球面镜面是调整激光光束直径的关键部分，它通常由光学玻璃或光学晶体制成。
球面镜面的曲率决定了光束扩束的方式，不同的曲率可以实现不同的扩束效果。
支撑结构则是用于固定和支撑球面镜面的部分，它通常由金属或塑料材料制成，具有足够的刚度和稳定性。
在激光扩束镜结构中，球面镜面的形状和曲率是关键因素。
一般来说，球面镜面可以分为凸面镜和凹面镜两种类型。
凸面镜具有正的曲率，可以将激光光束聚焦到一个点上，实现光束的收束。
而凹面镜则具有负的曲率，可以将激光光束扩散开来，实现光束的扩束。
根据需要，激光扩束镜可以选择不同曲率的球面镜面来实现不同的扩束效果。
在激光扩束镜结构中，还可以通过调整球面镜面的位置来进一步调整光束的直径。
通过改变球面镜面与光源之间的距离，可以改变光束的扩束或聚束效果。
例如，将球面镜面与光源距离缩小，可以实现光束的扩束；而将球面镜面与光源距离增大，则可以实现光束的聚束。
除了球面镜面和支撑结构，激光扩束镜结构中还可能包括其他辅助部件，如调节装置和冷却系统等。
调节装置可以用于微调球面镜面的位置和角度，以便实现更精确的光束扩束效果。
冷却系统则可以用于控制激光扩束镜的温度，以确保其稳定性和性能。
激光扩束镜结构是由球面镜面和支撑结构组成的光学元件。
通过调整球面镜面的形状、曲率和位置，激光扩束镜可以实现不同的光束扩束效果。
激光扩束镜的设计和制造对于激光器的性能和应用具有重要影响，因此在实际应用中需要根据具体需求进行选择和优化。
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6.2mm 透镜时白屏所显示光斑的图像 激光经过 6.2mm 透镜扩束后的光斑
距离 170mm 透镜 20cm 光斑 距离 170mm 透镜 40cm 光斑
距离 170mm 透镜 60cm 光斑 距离 170mm 透镜 80cm 光斑
第一个透镜焦距 f1=6.2mm,第二个透镜焦距 f2=170mm; 测得的 w0=0.6mm；焦参数 f=πw02/λ=1.2m； q 参数：q=z+1.2i(m)； 透过第一个透镜的束腰半径为：0.0021mm；
if z(gk)<=L1 M=[1,z(gk)-s;0,1]; q=(M(1,1)*q0+M(1,2))/(M(2,1)*q0+M(2,2));
wz(gk)=sqrt(-1/imag(1/q)/pi*lambda); elseif z(gk)>L1 && z(gk)<= (100+F1+F2) M=[1,z(gk)-L1;0,1]*Mf1*[1,L1-s;0,1 ]; q=(M(1,1)*q0+M(1,2))/(M(2,1)*q0+M(2,2)); wz(gk)=sqrt(-1/imag(1/q)/pi*lambda); elseif z(gk)>(100+F1+F2) wz(gk)=M1*w0;
透镜聚焦原理图 利用这一特点，采用两个焦距不同的透镜，可以构成扩束和准直 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。
7)凹凸透镜组合扩束法:
与双凸透镜扩束法类似，将入射镜片换成凹透镜，两透镜间距为 R=f1+f2，放大倍率为 M=f2/f1。
输入镜
输出镜
焦点
F1 F2
激光束
凹凸透镜组合扩束原理图
8)调试过程及结论 8.1 扩束系统的搭建和调试 8.1.1 扩束系统的搭建：将所用器件（氦氖激光器，白屏，偏振
片，透镜 6.2mm 与透镜 170mm（备用））,准本好。然后将激光器， 偏振片，白屏，靠直尺边摆好，并调节等高，使光通过偏振片，6.2mm 透镜；然后使用第二个 170mm 透镜,调节各仪器等高，实现准直扩束 后，依次选取距离 170mm 透镜 20cm，40cm,60cm，80cm 距离并使用 CCD 采集的光斑图像如图所示：
透过第二个透镜得到的光斑半径为 16.53mm;
放大倍数：16.53/0.6=27.55;
透镜据白屏的距离（cm） 20
40
60
80
W(z)大小（mm）
16.03 16.52 16.05 16.54
放大倍数
26.71 27.53 26.75 27.56
测量平均放大倍数：(26.71+27.53+26.75+27.56)/4=27.8875;
w(z) λ/π( f z^2 / f ) R(z) z f ^2 / z
5)高斯光束通过薄透镜的变换 :
A B Q1 C D q2
高斯光束经过透镜矩阵传输方程
q2
Aq1 Cq1
B D
w2
(z)
w02 [1
(
z w02
)2 ]
w02 [1
(
z z0
)2
]
z0 [1 Βιβλιοθήκη (z z0)2
]
R(z) z[1 (w02 )2 ] z[1 ( z0 )2]
R(z) z f ^2 / z
（f=πw0^2/λ）
4)gaussian beam 的复参数 q 表示:
复参数 q 的定义为: 1/q(z)=1/R(z)-i(λ/πw2(z))
将波前的曲率半径 R(z)和光斑半径 w(z)代入上式：
w(z) w0 1 (λzπw0^2)^2 R(z) z[1 (πw0^2 /λz)^2]
题目：基于 MATLAB 的简易激光扩束系统设计
一、实习要求： 1、理解高斯光束 q 参数； 2、能够熟练使用 CCD 采集光强度图样并用 MATLAB 分
析信号； 3、学生可以讨论编写 MATLAB 仿真程序； 4、能够使用 MATLAB 软件分析光强图样；
二、实验仪器： 计算机、CCD、偏振片、透镜、接收屏、氦氖激光器
三、实验原理： 1)普通球面波在自由空间的传输：
R2=R1+L
2)普通球面波通过透镜的变化规律：
1/R2=1/R1-1/F
3)描述高斯光束的方法 fz 参数：q(z)=z+if WR 参数: 1/q(z)=1/R(z)-i(λ/πw2(z))
λ
q 参数： w(z) π( f z^2 / f )
z
z
6)双凸透镜扩束法：
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:
1/s01+1/s02=1/F
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。
8.1.2 MATLAB 仿真 1）程序如下： clear; clc; lambda=0.6328e-3; w0=0.1; R0=1.0e30; f=(pi*w0^2)/lambda; Mf1=[1,0;-1/0.64,1]; F1=0.64; F2=19; z=linspace(0,300,1000); q0=1/(1/R0-j*lambda/pi/w0^2); L1=100;%透镜的位置 %s=input('输入束腰的位置 s=');%键入束腰的位置 s=50; M1=F2/F1*(sqrt(1+(50/f)^2)); wz=zeros(size(z)); for gk =1:1000
end end plot(z,wz,'b',z,-wz,'b'); title('高斯光束的聚焦'); xlabel('z/mm'); ylabel('Wz/mm'); hold on;