1. Kurze Einführung zum Strahlaufweiter
Ein Licht- oder Laserstrahlaufweiter ist ein wissenschaftliches Instrument, das den Eingangsstrahl von parallelem Licht oder Laser in einen größeren Ausgangsstrahl aufweiten kann. In Bezug auf die Verwendung ähnelt das Instrument einem Teleskop und erzeugt lineare Teleskopstrahlen oder Prismenstrahlen, wie Strahlen, die sichtbar werden, wenn Licht von der Kristallfläche eines Kristalls reflektiert wird. Laserstrahlaufweiter werden in fast zehn wissenschaftlichen Anwendungen in der Laserphysik verwendet und ihre Ausgangsstrahlen für Messungen, wie Lasermikrobearbeitung, Solarzellenschneiden, Fernerkundung und wissenschaftliche Experimente in vielen anderen Bereichen. Ohne die Farbart zu beeinflussen, vermeiden ihre Strahlvergrößerungen absichtlich die Fokussierung und ermöglichen so kleinste Anwendungen (wie Mikroskope) bis hin zu größten astronomischen Messungen. Sie wurden von ausgereiften optischen Teleskopsystemen entwickelt und verfügen über eine hohe Durchlässigkeit und geringe Verzerrung.
Die meisten der in Laserstrahlaufweitern verfügbaren Funktionen sind für Standard-Eingangsöffnungen geeignet und können unabhängig von der Wellenlänge genaue Strahlen beibehalten. Die Laserstrahlaufweiter können Licht aus dem ultravioletten Spektrum verarbeiten, alle sichtbaren Bereiche durchdringen und in den Infrarotbereich eintreten und können die Länge des Teleskops reduzieren. Sie sind für variable und feste Ausgangskonfigurationen mit Säuleneinstellungssteuerungen ausgelegt.
Für einige Hintergründe sind optische Teleskope feuerfest oder reflektierend. Brechungsteleskope brechen Licht durch Linsen, die Licht beugen oder brechen, während reflektierende Teleskope große optische Linsen verwenden, um Licht zu reflektieren. Der Laserstrahlaufweiter ist im Wesentlichen ein Teleskop, und sein Prinzip besteht darin, dass die Strahldivergenz und das Strahlaufweitungsverhältnis den gleichen Faktor haben. Der Strahlaufweiter mit geringerer Leistung basiert auf dem Design des Galileo-Teleskops mit negativen Eingangs- und positiven Ausgangslinsengruppen. Es gibt jedoch auch Kepler-Teleskopdesigns, die in der Mitte eine Lochlinsenfokussierungslinse und zwei positive Linsen haben, die sehr lang und skalierbar sind.
Die durch das Design der Laserstrahlaufweiter erzeugte Position der Bildlinse und der Objektivlinse ist der des Kepler-Teleskops entgegengesetzt. Der zylindrische Eingangsstrahl wird auf einen Punkt zwischen den Linsen fokussiert, wo sich die Laserwärme staut und die Luft erwärmt, was zu einer Verzerrung der Wellenfront führt. Daher wird normalerweise das Galileo-Design bevorzugt, um Verzerrungen zu vermeiden. Da der Laserstrahlaufweiter den Lasereingang mit der eingestellten Aufweitungsleistung verstärkt, verringert er die Divergenz des Strahls am Ausgang bei gleicher Leistung, und bei größerer Entfernung wird der zylindrische Strahl kleiner.
2. Das Design des Strahlaufweiters
Das sogenannte hybride optische Out-of-Cavity-Design im Strahlaufweiter verwendet eine konvexe Linse nach dem Standard-Strahlaufweiter. Ihre Form ähnelt der Krümmung des menschlichen Auges, was zu einem mehrfachen Prismeneffekt führt. Diese aufgeweiteten Strahlen können über eine große Distanz emittiert werden, erscheinen aber aus einem Winkel betrachtet sehr dünn. Diese Linienbeleuchtungen werden in interferometrischen Verfahren für optische und technische Messmessungen verwendet. Sie werden auch in der Kern-, Teilchen- und Plasmaphysik eingesetzt.