باریکه گستر

باریکه گستر لیزری به منظور افزایش قطر باریکه خروجی نسبت به باریکه ورودی طراحی شده است. باریکه گسترها برای کاربردهایی همچون اسکن لیزری، تداخل سنجی و سنجش از راه دور مورد استفاده قرار می گیرند. باریکه گسترهای کنونی سیستم های غیر کانونی هستند که طراحی آن ها با توجه به اصول تلسکوپ ها صورت گرفته است. در این سیستم ها، پرتوهای شیئی در بی نهایت قرار دارند و به صورت موازی با محور اپتیکی وارد شده و در نهایت به صورت موازی نیز خارج می گردد. این بدان معنی است که هیچ فاصله کانونی ای برای کل سیستم وجود ندارد.

تلسکوپ ها

تلسکوپ های اپتیکی که به صورت کلاسیکی برای مشاهده اشیاء دور همانند اجرام نجومی مورد استفاده قرار می گیرند به دو دسته تقسیم می شوند: بازتابی و شکستی.

تلسکوپ های شکستی لنزهایی را به منظور شکستن یا خم نمودن نور استفاده می کنند در حالی که تلسکوپ های بازتابی، آینه هایی را برای بازتاب مورد استفاده قرار می دهند.

تلسکوپ های شکستی به دو دسته تقسیم می شوند: کپلری و گالیله ای. تلسکوپ کپلری شامل لنزهایی با فاصله کانونی مثبت است که فاصله آن­ها از هم برابر با مجموع فاصله کانونی آن هاست (شکل1). لنز نزدیک به منبع عکاسی لنز شیئی نامیده می شود و لنز نزدیک به چشم لنز چشمی نامیده می شود.

تلسکوپ کپلری
شکل 1)تلسکوپ کپلری

تلسکوپ گالیله ای شامل یک لنز مثبت و یک لنز منفی است که میزان فاصله آن­ها از یکدیگر نیز برابر با مجموع فاصله کانونی دو لنز می ­باشد(شکل2). در این حالت که یکی از لنزها مثبت و دیگری منفی است، فاصله جدایی میان دو لنز بسیار کوتاه­ تر از تلسکوپ کپلری است. توجه داشته باشید که استفاده از فاصله کانونی موثر لنزها تقریب خوبی از فاصله کل می دهد در حالی که استفاده از فاصله کانونی برگشتی، پاسخی با بیشترین دقت را می­ دهد.

تلسکوپ گالیله ای
شکل 2) تلسکوپ گالیله ای

قدرت بزرگنمایی تلسکوپ بر اساس فاصله کانونی لنزهای شیئی و چشمی محاسبه می­ شود. اگر قدرت بزرگنمایی بیشتر از یک باشد تلسکوپ اشیاء را بزرگ می­ کند و اگر کوچکتر از یک باشد تلسکوپ اشیاء را کوچک می­ کند.

قدرت بزرگنمایی

  

 

باریکه گستر

در طراحی یک باریکه گستر مکان لنزهای شیئی و چشمی عوض شده است. در طراحی باریکه گستر کپلری باریکه موازی ورودی بر روی نقطه ای میان لنزهای شیئی و چشمی متمرکز می­ شود و موجب ایجاد نقطه ­ای در داخل سیستم می­ گردد که انرژی لیزر در آن متمرکز می شود(شکل3). نقطه کانونی شده موجب افزایش حرارت هوای میان لنزها و انحراف پرتوهای نور از مسیر اپتیکی آن­ها می­ شود که می­ تواند منجر به خطای جبهه موج گردد. به همین علت برای اغلب باریکه گسترها، طراحی گالیله­ ای به ­کار می ­رود(شکل4).

 

باریکه گستر کپلری
شکل 3) باریکه گستر کپلری
باریکه گستر گالیله ای
شکل 4) باریکه گستر گالیله ای

 

هنگامی که از طراحی کپلری یا گالیله ای در باریکه گسترهای لیزری استفاده می شود، امکان محاسبه واگرایی باریکه خروجی حائز اهمیت است؛ چرا که میزان انحراف را از یک منبع کاملا موازی نشان می دهد. واگرایی باریکه به قطر باریکه های لیزر ورودی و خروجی بستگی دارد.

واگرایی

 

 

اکنون می­ توان قدرت بزرگنمایی(MP) را با توجه به واگرایی یا قطر باریکه تعریف نمود:

قدرت بزرگنمایی

 

 

 

 

 

 

با تحلیل معادلات فوق مشاهده می ­شود که با افزایش قطر باریکه خروجی، واگرایی باریکه خروجی کاهش می­ یابد و بالعکس. بنابراین اگر باریکه گستر به عنوان یک کوچک کننده باریکه مورد استفاده قرار گیرد، قطر باریکه کاهش می­ یابد اما واگرایی لیزر افزایش خواهد یافت.

علاوه بر آن­چه که در بالا به آن اشاره شد، امکان محاسبه قطر باریکه خروجی در یک فاصله خاص از آن(L) نیز قابل اهمیت است. قطر باریکه خروجی تابعی از قطر باریکه ورودی و واگرایی باریکه پس از طی فاصله L   می­ باشد(شکل5).

محاسبه قطر پرتو خروجی در یک فاصله خاص
شکل 5) محاسبه قطر پرتو خروجی در یک فاصله خاص

قطر باریکه

 

 

با توجه به این­که باریکه گستر، باریکه ورودی را با قدرت بزرگنمایی افزایش می ­دهد و واگرایی باریکه ورودی را نیز کاهش می­ دهد، جایگذاری معادلات (4) و (5) در معادله (6) نتایج زیر را به­ دست می ­دهد.

باریکه گستر

 

 

 

 

 

منبع: edmundoptics