激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)用于擴(kuò)大平行輸入光束的直徑較大的平行輸出光束。激光擴(kuò)束器用于如激光掃描、干涉測量或遙測應(yīng)用中?，F(xiàn)在的激光擴(kuò)束器都是采用從完善的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡基礎(chǔ)中發(fā)展而來的無焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在此類系統(tǒng)中，位于無窮遠(yuǎn)的物體光線，以平行的方式進(jìn)入內(nèi)部光學(xué)件的光軸中，同時(shí)也以平行的方式離開。這意味著整個(gè)系統(tǒng)不具備焦距。

傳統(tǒng)上，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要用于觀察遠(yuǎn)處的目標(biāo)，例如宇宙中的天體。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要可分為兩大類：折射望遠(yuǎn)鏡和反射望遠(yuǎn)鏡。折射望遠(yuǎn)鏡充分利用透鏡來折射或彎曲光線，而反射望遠(yuǎn)鏡則是利用反射鏡來反射光線。

最通用的擴(kuò)束鏡起源于伽利略望遠(yuǎn)鏡，通常包括一個(gè)輸入負(fù)透鏡和一個(gè)輸出正透鏡。輸入鏡將一個(gè)虛焦點(diǎn)光束傳送給輸出鏡，兩個(gè)透鏡是虛共焦結(jié)構(gòu)。一般小于20倍的擴(kuò)束鏡都用該原理制造，因?yàn)樗唵?、體積小、價(jià)格也低。盡可能的該擴(kuò)束鏡設(shè)計(jì)成小的球面相差、低的波前變形和消色差。它的局限性在于不能容納空間濾波或者進(jìn)行大倍率的擴(kuò)束。 擴(kuò)束倍數(shù)和準(zhǔn)直倍率不僅與擴(kuò)束鏡的參數(shù)有關(guān)，還與激光束參數(shù)和擴(kuò)束鏡透鏡的位置有關(guān)。擴(kuò)束器的功能是降低激光束的發(fā)散角，進(jìn)而使激光器聚焦光斑更小。開普勒式望遠(yuǎn)鏡由焦距為正的透鏡組合而成，而透鏡是通過焦距總和分割（圖1）。離來源圖像或被觀察物體近的透鏡被稱為物鏡，而靠近人眼或成像的透鏡則成為成像透鏡。

圖1: 開普勒式望遠(yuǎn)鏡

伽利略式望遠(yuǎn)鏡由正透鏡和負(fù)透鏡組合而成，透鏡也是通過焦距總和分割（圖2）。但是，由于其中一個(gè)透鏡為負(fù)透鏡，因此兩個(gè)透鏡之間的距離比開普勒式望遠(yuǎn)鏡的透鏡距離短。需要注意的是，使用兩個(gè)透鏡之間的有效焦距能夠獲得出色的近似總長度，而使用后焦距則能夠獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖2: 伽利略式望遠(yuǎn)鏡

理論：在結(jié)構(gòu)中，物鏡和成像透鏡的位置顛倒。平行輸入光束在開普勒式中集中在物鏡和成像透鏡之間的一個(gè)點(diǎn)上，進(jìn)而形成一個(gè)激光能量聚焦的區(qū)域。該集中的點(diǎn)會(huì)加熱透鏡之間的空氣，折射光路中的光線，而這有可能會(huì)造成波前誤差。有鑒于此，大部分都選擇使用伽利略式設(shè)計(jì)或其變體。

使用開普勒式或伽利略式設(shè)計(jì)于應(yīng)用時(shí)，重要的是能夠計(jì)算出輸出光束發(fā)散，這將決定了平行光線的偏差。光束發(fā)散取決于輸出激光光束直徑和輸出激光光束直徑。

放大倍數(shù)(MP)現(xiàn)在即可依據(jù)光束發(fā)散或光束直徑來表示。

解上述方程式時(shí)，可以看到輸出光束直徑(DO)提高時(shí)，則輸出光束發(fā)散減少，以此類推。所以，如果您將來縮小激光光束，光束直徑將會(huì)縮小，但激光的光束發(fā)散將會(huì)提高。小光束的代價(jià)就是形成很大的擴(kuò)張角。

初始參數(shù) 放大倍數(shù) = MP = 10X

輸入光束直徑 = 1mm

輸入光束發(fā)散 = 1mrad

工作距離 = L = 100m

計(jì)算參數(shù)

輸出光束直徑

在不具備使用上述方程式的情況下，將此與光束直徑相比。

雖然會(huì)因特定的擴(kuò)束功率而提高輸入激光光束，但它也會(huì)因相同的擴(kuò)束功率而降低光束發(fā)散，進(jìn)而在較大距離下形成較小的平行光束。