لا يؤثر تصميم موسع أو مخفض الشعاع دائمًا على التطبيق، ولكن يمكن أن يتأثر الاختيار بعوامل مثل المحاذاة الأسهل والتصميم الأكثر بديهية لأجهزة Keplerian والأبعاد المدمجة لأجهزة Galilean. بالإضافة إلى ذلك، يركز جهاز Keplerian الضوء بين عدستيه ثم يخرج شعاعًا مقلوبًا. يحافظ جهاز Galilean على اتجاه الشعاع ويوفر خيار اختيار العدسات لتقليل مقدار الانحراف الكروي في الشعاع الناتج.
تُستخدم عادةً أجهزة توسيع وتقليص الشعاع فقط مع الشعاع المتوازي، وليس الشعاع المتباعد، وتستمد هذه التصميمات إلهامها من تلسكوبات كيبلر وجاليليو. ويساوي التكبير المقدم في كلتا الحالتين البعد البؤري للعدسة الناتجة مقسومًا على البعد البؤري للعدسة المدخلة.
خصائص التصميم الكبلري
في أبسط تصميم كيبلر، تفصل بين عدستين موجبتين مسافة تساوي مجموع أطوالهما البؤرية. ولن يكون التصميم القائم على تلسكوب كيبلر أقصر من مجموع أطوال العدسات البؤرية، كما أن شعاع الخرج معكوس بالنسبة لشعاع المدخل.
يصل الشعاع إلى نقطة تركيز بين العدستين. وهذا يوفر الفرصة لتصفية الشعاع مكانيًا. على سبيل المثال، يمكن وضع مرشح ثقب دبوس عند نقطة تركيز الشعاع لتحسين جودة الشعاع. بعيدًا عن التركيز، يتوسع قطر الشعاع مع اقترابه من عدسة الإخراج. لزيادة قطر الشعاع الموازي الذي توفره عدسة الإخراج، من الضروري تحريك عدسة الإخراج بعيدًا عن التركيز. نظرًا لأن المسافة بين التركيز وعدسة الإخراج تساوي البعد البؤري، فإن هذا يتطلب استخدام عدسة ذات طول بؤري أطول.
لا يُفضَّل عادةً استخدام تصميم Keplerian في الحزم عالية الطاقة، مثل حزم الليزر النبضية عالية الطاقة المستخدمة في بعض تطبيقات القطع والتصنيع الأخرى. على سبيل المثال، قد يؤدي تركيز النبضات ذات مدة النانو ثانية والقوى الضوئية التي تبلغ حوالي 1 ميغاواط أو أعلى إلى تأين الهواء وتكوين شرارة، مما يقلل بشكل غير مرغوب فيه من قوة النبضة وقد يؤثر سلبًا على جودة الشعاع.
خصائص التصميم الجليلي
يتضمن تلسكوب جاليليو الأساسي أيضًا عدستين، لكن إحداهما سلبية والأخرى إيجابية. يتم وضع العدسات بحيث تساوي المسافة بينهما الفرق في أطوالها البؤرية، مما يؤدي إلى تصميم أكثر إحكاما من نهج كيبلر.
يمكن أيضًا استخدام النهج الجاليليّ لتقليل الانحراف الكروي الناتج عن موسع أو مخفض الشعاع. تُدخل جميع العدسات الكروية انحرافًا كرويًا، وإحدى النتائج المترتبة على ذلك هي انتشار تركيز الشعاع على طول المحور البصري. في حالة العدسة الكروية الموجبة، تسقط الأشعة المتوازية أقرب إلى محيط العدسة الخارجي وتركز على نقطة على المحور البصري أقرب إلى العدسة، مقارنة بالأشعة المتوازية الواردة بالقرب من مركز العدسة. نظرًا لأن العدسة الكروية السالبة لها التأثير المعاكس، فيمكن استخدام العدسة السالبة في التصميم الجاليليّ لإلغاء بعض الانحراف الكروي الناتج عن العدسة الموجبة.
عندما يتم استخدام الجهاز كموسع للشعاع، يسقط الشعاع ذو القطر الأصغر على العدسة السلبية. يزداد قطر الشعاع المتباعد الذي توفره العدسة السلبية مع اقترابه من العدسة الإيجابية، بدلاً من التركيز بين العدستين. يمكن وصف هذا الشعاع المتباعد بأنه يحتوي على تركيز افتراضي، والذي يقع على الجانب الآخر من العدسة السلبية، كما هو موضح في الشكل 2. نظرًا لأن العدسة الإيجابية لها طول بؤري واحد (f2) بعيدًا عن هذا التركيز الافتراضي، تخرج العدسة الإيجابية شعاعًا موازيًا غير مقلوب عند مقارنته بشعاع الإدخال. إذا لم يكن الشعاع متماثلًا دورانيًا، فقد يكون اتجاه خرج الشعاع مهمًا للتطبيق.
نسبة التوسع
تم تصميم موسعات ومخفضات الشعاع لقبول وتوفير الشعاع المتوازي. وعلى الرغم من أن الشعاع متوازي، فإن أقطاره تتغير أثناء انتشاره بسبب تأثيرات الانعراج. ومن الناحية المثالية، يتم وضع محيط الشعاع المدخل على بعد طول بؤري واحد من عدسة الإدخال كما هو موضح في الشكلين 1 و2. ثم يكون محيط الشعاع المخرج على بعد طول بؤري واحد من عدسة الإخراج. وإذا لم يكن محيط الشعاع المدخل على بعد طول بؤري واحد من عدسة الإدخال، فقد لا يتطابق موقع محيط الشعاع المخرج، وقطر محيط الشعاع المخرج، و/أو تباعد الشعاع المخرج مع القيم المقدرة.
يبلغ قطر الخصر لكلا الشعاعين (2Wo) وزاوية التباعد (θ) تتأثر بموسعات الشعاع ومخفضاته. يمكن تقدير التغيير في معاملي الشعاع هذين باستخدام نسبة توسع الشعاع للجهاز (m). يتم حساب قطر محيط الشعاع الصادر عن طريق ضرب نسبة توسع الشعاع في قطر الشعاع الداخل. يتم حساب زاوية تباعد الشعاع الصادر عن طريق قسمة زاوية تباعد الشعاع الداخل على نسبة توسع الشعاع.
عندما يتضمن الجهاز عدستين، تكون صيغة حساب نسبة توسع الشعاع هي نفسها لكل من التصميمين الكبلري والجاليليوي. نسبة توسع الشعاع تساوي البعد البؤري للعدسة الخارجة مقسومًا على البعد البؤري للعدسة الداخلة.