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衍射
通常我們以光束的發(fā)散參數(shù)作為的高斯激光束的特征。發(fā)散是指光波在其空間傳播過(guò)程中以一定角度展開。甚至的沒(méi)有任何異常的光線也會(huì)由于衍射效應(yīng)經(jīng)歷某些光束的發(fā)散。衍射是指光線在被不透明的物體，比如刀鋒切斷的時(shí)候產(chǎn)生的彎曲效應(yīng)。展開（spreading）產(chǎn)生于在切斷的邊緣發(fā)出的次級(jí)波面陣。這些次級(jí)波和主波會(huì)發(fā)生干涉，同時(shí)相互也會(huì)產(chǎn)生干涉，在某些時(shí)候就會(huì)形成復(fù)雜的衍射圖案。
衍射使得的校準(zhǔn)光束成為不可能，或者不能夠?qū)⒐馐劢沟綗o(wú)限小的點(diǎn)。幸運(yùn)的是衍射的效果是能夠被計(jì)算的。因此存在著可以預(yù)知對(duì)于任何衍射極限的透鏡光束被準(zhǔn)直的程度和光斑大小的理論。
我們現(xiàn)在考慮一束這樣由低功率TEM00氣體激光器產(chǎn)生的光束，光腰為S0。這樣我們就能夠假定它能夠達(dá)到衍射極限同時(shí)能夠不用考慮任何熱透鏡效應(yīng)。它將會(huì)顯現(xiàn)出由于衍射引起的光腰的彎曲，或者說(shuō)展開效應(yīng)：
S（x）=S0[1+（λx/πS0?）?]?
在這里x是指離開光源的距離，λ是指激光波長(zhǎng)，如果λx/πS0??1，那么：
S（x）≈λx/πS0?
利用這個(gè)近似值，我們可以寫出光束由于衍射發(fā)散的角度：
θ= S（x）/x=λ/πS0
θ我們都知道指的是遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角。
改善發(fā)散角
光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散定義了一個(gè)給定光束直徑的準(zhǔn)直效果。它也說(shuō)明了光束的零發(fā)散角或者說(shuō)的準(zhǔn)直是不可能達(dá)到的，因?yàn)橐龅竭@些需要有無(wú)窮大的光束直徑。但是這個(gè)等式也表明了改善發(fā)散的可能性。
考慮一個(gè)已經(jīng)準(zhǔn)直的光束，發(fā)散角為θ光腰為S0，我們可以看到如果光束直徑能夠增大，遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角將會(huì)減小。這就是擴(kuò)大光束的優(yōu)點(diǎn)所在。另外，小的發(fā)散能夠使高斯光束聚焦得更好。為了實(shí)現(xiàn)這些改善，在這里我們將描述幾種對(duì)準(zhǔn)直光束擴(kuò)束的方法。
伽利略擴(kuò)束鏡
zui通用的擴(kuò)束鏡類型起源于伽利略望遠(yuǎn)鏡，通常包括一個(gè)輸入的凹透鏡和一個(gè)輸出的凸透鏡。輸入鏡將一個(gè)虛焦距光束傳送給輸出鏡。一般的低倍數(shù)的擴(kuò)束鏡都用該原理制造，因?yàn)樗?jiǎn)單、體積小、價(jià)格也低。一般的盡可能的被設(shè)計(jì)為小的球面相差，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。
開普勒擴(kuò)束鏡
事實(shí)上在需要空間濾波或者進(jìn)行大倍率的擴(kuò)束的時(shí)候，人們一般使用開普勒設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡。開普勒望遠(yuǎn)鏡一般有一個(gè)凸透鏡作為輸入鏡片，把實(shí)焦距聚焦的光束發(fā)送到輸出元件上。另外，可以通過(guò)在*個(gè)透鏡的焦點(diǎn)上放置小孔來(lái)實(shí)現(xiàn)空間濾波。

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