激光擴(kuò)束鏡就是一種將準(zhǔn)直輸入光束的直徑擴(kuò)大到更大的準(zhǔn)直輸出光束的光學(xué)系統(tǒng)。擴(kuò)束鏡常用于如激光打標(biāo)機(jī)、激光切割機(jī)、激光焊接機(jī)、激光打孔機(jī)、激光掃描、干涉測量、遙測應(yīng)用中。現(xiàn)在的激光擴(kuò)束鏡都是從完善的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的無焦系統(tǒng)設(shè)計。

在激光擴(kuò)束器中，物鏡和成像透鏡的位置顛倒，也就如同把望遠(yuǎn)鏡反過來用。開普勒式擴(kuò)束器設(shè)計為使準(zhǔn)直輸入光束集中在物鏡和成像透鏡之間的一個點(diǎn)上，進(jìn)而形成一個激光能量聚焦的區(qū)域（圖 1）。該集中的點(diǎn)會加熱透鏡之間的空氣，折射光路中的光線，而這有可能會造成波前誤差。在高功率激光應(yīng)用中，聚焦點(diǎn)處空氣的電離也可能是一個問題。有鑒于此，大部分?jǐn)U束器都選擇使用伽利略式設(shè)計或其變體（圖 2）。然而，開普勒式設(shè)計在需要空間濾光的激光應(yīng)用中仍然非常有用，因為它們提供了一個便于放置空間濾光片的焦點(diǎn)。

開普勒式擴(kuò)束器有一個內(nèi)部焦點(diǎn)，這不利于高功率應(yīng)用，但適用于低功率應(yīng)用的空間濾光

伽利略式擴(kuò)束器沒有內(nèi)部焦點(diǎn)，非常適合高功率激光器應(yīng)用

使用開普勒式或伽利略式設(shè)計于激光擴(kuò)束器應(yīng)用時，重要的是能夠計算出輸出光束發(fā)散。這決定了與完美平行光線的偏差。光束發(fā)散取決于輸入激光光束直徑和輸出激光光束直徑。

激光擴(kuò)束的應(yīng)用

（1）激光器的輸出光束直徑一般固定，為滿足不同需求，大都需要激光擴(kuò)束系統(tǒng)，激光擴(kuò)束首先可以將功率密度降低，從而降低激光誘導(dǎo)損傷的概率，延長激光組件的壽命

（2）在傳輸距離較遠(yuǎn)時，最大限度的減小光束發(fā)散。

舉例進(jìn)行說明：假設(shè)一擴(kuò)束系統(tǒng)參數(shù)如下，激光擴(kuò)束器放大倍數(shù) = MP = 10X，輸入光束直徑 = 1mm，輸入光束發(fā)散 = 0.5mrad，工作距離 = L = 100m。

則經(jīng)擴(kuò)束后光束輸出直徑為：

若不經(jīng)擴(kuò)束則：

可見使用擴(kuò)束后 ，可極大的減小激光長距離傳輸時的光束發(fā)散程度。

（3）最大限度的減小聚焦光斑尺寸

光斑尺寸通常是以光束中心為圓心，強(qiáng)度為中心強(qiáng)度處作為圓的半徑，理想透鏡聚焦光斑尺寸通常可按如下公式算

光斑尺寸基本上由衍射和相差的組合決定，這其中相差又主要是指球差，因此公式列出了衍射項與球差項兩項。衍射項中可以看出，焦距越短，光斑越小，還有輸入直徑越大，光斑越小。從一方面講，經(jīng)過擴(kuò)束，使輸入直徑增加，衍射項減小，但隨之亦導(dǎo)致球差項增加。因此在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行權(quán)衡。