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圖2 Zemax仿真二維圖（8種擴束比結構）系統參數優化為解決初始結構的問題，以“緊湊化、低像差、高準直”為目標，通過Zemax多重結構優化功能，對系統參數進行全方位調整。

例如在激光干涉儀的應用中，它要照射比激光束口徑大得多的被測物體，然后通過光束的干涉來實現測量。又如在激光的全息應用中，它要照射比激光束口徑大得多的全息記錄介質，以實現信息的記錄和重現。因此需要使用激光擴束系統來實現激光束的準直擴束。本文設計的是一種帶折疊光路的激光擴束系統，可以有效節省系統空間。

關鍵詞：高功率激光發射系統；擴束系統1 引言高功率激光發射系統是強激光空間傳輸系統中不可缺少的裝置。對高功率激光發射系統的研究一直是激光應用領域的關鍵技術問題。高功率激光發射系統通常由準直系統、導光光路系統和擴束系統組成,光學系統要求具有高抗激光損傷閾值、高反射率、熱變形小等特點。這里我們主要討論擴束系統的設計。

圖1 改進前測量系統原理圖（二）關鍵創新：平面反射鏡的誤差補償作用為解決光軸不重合、鏡片安裝偏斜等問題，團隊在準直擴束系統與成像系統之間增設平面反射鏡，如圖2所示。

案例說明 激光擴束鏡廣泛應用于激光加工、光通信、測量與成像系統中，用于實現光束直徑放大、準直優化以及光束質量改善。其具有結構靈活、易于集成以及適應多種工作波段的優點，適合應用于各類激光光學系統。

簡介激光擴束準直系統是激光傳輸、激光加工、激光雷達及天文觀測等領域的核心光學組件，可按指定倍率擴大光束直徑、壓縮發散角，保障長距離傳輸時的高平行度與高能量密度。本案例依托 OAS 光學軟件，完成激光擴束準直系統的全流程建模、仿真、優化與性能驗證，精準量化光束傳播特性、像差水平與準直性能，為工程化設計提供可靠數據支撐與優化方向。

應用場景 激光擴束鏡廣泛應用于激光加工、光通信、測量與成像系統中，用于實現光束直徑放大、準直優化以及光束質量改善。其具有結構靈活、易于集成以及適應多種工作波段的優點，適合應用于各類激光光學系統。在本案例中，將在 VLU 中演示激光擴束鏡的設計過程，包括初始系統生成、評價函數定義、優化以及結果展示。

3、光學系統設計實例，包括經典成像系統和無焦準直擴束系統的設計，從初始結構設計到最終系統分析、優化全過程。從簡單的單透鏡、雙膠合設計到復雜的多重結構，變焦鏡頭、掃描鏡頭設計。　　4、Zemax的優化技巧探討，設定評價函數及評估系統性能的方法，優化操作函數的選擇，玻璃材料的優化方法。　　5、衍射光學理論，衍射極限系統分析，MTF傳遞函數定義及作為評價標準時對優化操作的要求。

3、光學系統設計實例，包括經典成像系統和無焦準直擴束系統的設計，從初始結構設計到系統分析、優化全過程。從簡單的單透鏡、雙膠合設計到復雜的多重結構，變焦鏡頭、掃描鏡頭設計。 4、ZEMAX的優化技巧探討，設定評價函數及評估系統性能的方法，優化操作函數的選擇，玻璃材料的優化方法。

? 因此，相干長度大于1m? 此外，由于發散角很小，所以不需要額外的準直系統。? 在入射干涉儀之前，高斯波以瑞利長度傳播。 3. 說明：光源 ? 采用一個放大因子為3的消色差擴束器。? 擴束器的設計是基于伽利略望遠鏡。? 因此，在光學表面序列(OIS)中結合了一個擴束和準直系統。

?因此，相干長度大于1m?此外，由于發散角很小，所以不需要額外的準直系統。?在入射干涉儀之前，高斯波以瑞利長度傳播。 3.說明：光源 ?采用一個放大因子為3的消色差擴束器。?擴束器的設計是基于伽利略望遠鏡。?因此，在光學表面序列(OIS)中結合了一個擴束和準直系統。?與開普勒望遠鏡相比，在擴束系統中不會成實像。

光分束器一般和準直透鏡，聚焦透鏡，擴束器以及傅里葉透鏡一起使用。目標平面光束的尺寸一般由透鏡系統控制，而光束的位置和功率由衍射光束分束器控制。衍射光束分束器可以產生以下的光分布：? 普通的點陣列? 點線? 任意的2D圖案斑點 由衍射光分束器產生的圖案斑點衍射擴散器 衍射擴散器是可以產生大量重疊衍射級次的確定性的散射元件。

添加微透鏡為從光柵中提取的光束留出了一些空間 ，以便于其擴束并朝向光纖準直。擴束和準直依賴于光和大于波長尺度的特征結構進行宏觀相互作用。這可以通過 OpticStudio 中的物理光學傳播 （POP） 進行完全模擬。POP 使用標量衍射理論在宏觀系統中傳播標量場。

如果我們有準直光源，就很容易產生均勻的輻照度。如上圖所示，如果將物方陣列與準直光一起使用，我們將聚光鏡放置在物方陣列的焦平面上，我們將在照明平面上獲得均勻的輻照度，這可以在上圖的探測器查看器(Detector Viewer)中看到。不幸的是，我們沒能獲得點光源，這使得獲得準直光很困難。

圖4 柱透鏡結構示意圖聚焦鏡的計算方式聚焦鏡的本質是準直透鏡反著使用！根據公式（5）平凸透鏡計算焦距。

用單透鏡代替消色差雙膠合透鏡，因為單透鏡比雙膠合透鏡便宜。我們不需要校正色差，因為光柵可以分色。將通過傾斜探測器來修正不同顏色產生的不同焦距。使用最好的鏡頭。經過優化這種類型的透鏡以聚焦準直光束。我們不使用單個透鏡，而是使用兩個透鏡分散光焦度。這種方法有兩個好處：(1)由于透鏡的表面曲率較低，像差減小。(2)在系統中增加了一個厚度，可以在優化過程中將其設為變量。

光束被均勻地分成兩束，分別進入參考臂與樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。 深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數。

由于本范例中我們使用準直光源入射平板分光鏡，因此完成入射角的設定(本范例為45度)后，模擬的結果并不會有太大的落差。那么假如現實中的光源并非準直的呢?按照Analysis...Coatings...Transmission vs. Angle的順序打開”穿透率-入射角”分析圖，并依下圖變更設定。

摘要激光束的準直是各種光學應用的基本必要任務。 因此，對準直度的測量也很重要，而剪切干涉法經常被用于此類任務中。 在此示例中，我們演示了如何構建剪切干涉儀并將其用于測量準直。 通過改變光束準直系統(例如該示例中兩個透鏡之間的距離)，我們觀察到了來自剪切干涉儀的干涉條紋。

光束被均勻地分成兩束，分別進入參考臂與樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。 深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數。