激光准直器

大多数激光器输出的激光光束都属于基模高斯光束，其在轴向的振幅遵从高斯分布，如图1-37所示。

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假设激光沿着z轴传播，在垂直于z轴的x-y平面上，光振幅为

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定义x-y平面上光振幅衰减到中心振幅1/e处的半径为光斑尺寸，其大小为w(z)。w(z)随z的变化规律为

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称为基模高斯光束的束腰半径；f为激光谐振腔的共焦参数，其数值由式中，激光器的具体结构决定。基模高斯光束的发散角定为

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可见基模高斯光束的发散角与束腰半径成反比。激光准直的原理是使用透镜组合对高斯光束的束腰半径进行变换，目的是获得较大的束腰半径，从而减小激光的发散角。高斯激光准直机构在结构上可等效于由一个小焦距透镜和一个大焦距透镜构成的倒置望远镜结构，如图1-38所示，其中小焦距透镜的作用是获得较小的束腰光斑，该束腰光斑位于大透镜的焦平面上，该光斑的尺寸越小、大透镜的焦距越大，则变换后的光束束腰半径越大，即变化后光束的发散角越小。

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由两个透镜构成的准直透镜组合对高斯光束的准直倍率(扩束倍率)可以表示为

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式中，F1和F2分别是小焦距透镜和大焦距透镜的焦距；f是基模高斯光束的共焦参数；l是变换前高斯光束束腰光斑到准直透镜组的距离。由上可以看出，大小透镜的焦距之比越大，光束的准直倍率就越高。

准直后的激光高斯光束的束腰光斑的尺寸大于入射光束，因此激光准直镜又称为激光扩束镜。激光准直镜在结构上是一个倒置的望远镜，通常分为开普勒型和伽利略型。如图1-39所示，开普勒型准直镜的两个透镜都为正透镜，而伽利略型准直镜中小焦距透镜为负透镜(焦距为负)，大焦距透镜为正透镜，伽利略型准直镜的总长度要小于开普勒型激光准直镜，在结构上更为紧凑。图1-40给出了一种激光准直镜的实物图。

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备注：本文摘录自《精密激光测量技术与系统》是第23页。

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