ما هو موسع الشعاع؟

1. مقدمة موجزة عن موسع الشعاع

إن موسعات شعاع الضوء أو الليزر هي أداة علمية يمكنها توسيع شعاع الضوء أو الليزر المتوازي إلى شعاع خرج أكبر. من حيث الاستخدام، فإن الأداة تشبه التلسكوب وتنتج أشعة تلسكوبية خطية أو أشعة منشورية، مثل الأشعة التي يمكن رؤيتها عندما ينعكس الضوء عن سطح البلورة. تُستخدم موسعات شعاع الليزر في ما يقرب من عشرة تطبيقات علمية في فيزياء الليزر وأشعة خرجها للقياس، مثل المعالجة الدقيقة بالليزر، وتقطيع الخلايا الشمسية، والاستشعار عن بعد، والتجارب العلمية في العديد من المجالات الأخرى. دون التأثير على اللون، تتجنب تكبيرات الشعاع الخاصة بها التركيز عمدًا، مما يسمح بأصغر التطبيقات (مثل المجاهر) لأكبر القياسات الفلكية. تم تطويرها بواسطة أنظمة بصرية تلسكوبية ناضجة، ولديها نفاذية عالية وتشوه منخفض.

معظم الوظائف المتاحة في موسعات شعاع الليزر مناسبة لفتحات الدخول القياسية، ويمكنها الاحتفاظ بحزم دقيقة بغض النظر عن الطول الموجي. يمكن لموسعات شعاع الليزر معالجة الضوء من الطيف فوق البنفسجي، والمرور عبر جميع المناطق المرئية والدخول إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء، ويمكنها تقليل طول التلسكوب. وهي مصممة لتكوينات الإخراج المتغيرة والثابتة مع عناصر تحكم في ضبط العمود.

بالنسبة لبعض الخلفيات، تكون التلسكوبات البصرية مقاومة للحريق أو عاكسة. تنكسر التلسكوبات الانكسارية الضوء من خلال عدسات تنحني أو تنكسر الضوء، بينما تستخدم التلسكوبات العاكسة عدسات بصرية كبيرة لعكس الضوء. إن موسع شعاع الليزر هو في الأساس تلسكوب، ومبدأه هو أن تباعد الشعاع ونسبة توسع الشعاع لهما نفس العامل. يعتمد موسع الشعاع الأقل قوة على تصميم تلسكوب جاليليو، مع مجموعات عدسات إدخال سلبية وإخراج موجبة. ومع ذلك، هناك أيضًا تصميمات تلسكوب كيبلر، والتي تحتوي على عدسة تركيز ذات ثقب صغير في المنتصف وعدستين إيجابيتين، وهي طويلة جدًا وقابلة للتطوير.

إن مكان عدسة الصورة والعدسة الموضوعية الناتجة عن تصميم موسعات شعاع الليزر هو عكس ذلك الموجود في تلسكوب كبلر. يتم تركيز الشعاع الأسطواني الداخل إلى نقطة بين العدسات، حيث تتراكم حرارة الليزر وتسخن الهواء، مما يتسبب في تشوه واجهة الموجة. لذلك، يفضل تصميم جاليليو عادة لمنع التشوه. نظرًا لأن موسعات شعاع الليزر ستضخم مدخل الليزر بقوة التمدد المحددة، فإنها ستقلل من تباعد الشعاع عن الخرج بنفس القوة، وعلى مسافة أكبر، سيكون الشعاع الأسطواني أصغر.

2. تصميم موسع الشعاع

يستخدم التصميم البصري الهجين خارج التجويف في موسع الشعاع عدسة محدبة بعد موسع الشعاع القياسي. يشبه شكلها انحناء العين البشرية، مما يؤدي إلى تأثير المنشور المتعدد. يمكن إصدار هذه الحزم الموسعة لمسافة طويلة، ولكن عند النظر إليها من زاوية، تبدو رقيقة للغاية. تُستخدم إضاءات الخطوط هذه في إجراءات التداخل لقياسات القياسات البصرية والهندسية. كما تُستخدم في الفيزياء النووية والجسيمية والبلازما.