Formas de colimar un rayo láser

I. Colimar un haz de diodo láser

Si desea un rayo láser colimador más pequeño, debe aceptar una divergencia mayor; Por el contrario, si queremos mantener la colimación de la luz a larga distancia, ésta debe tener un tamaño de haz mayor.

El rayo láser se enfoca a través de la lente focal. La lente focal actúa como una lupa y la luz del sol. Para una lente EFL de 55 mm, el rayo láser pasa a través de la lente y converge al punto más pequeño a aproximadamente 55 mm del borde de la lente. El rayo láser se concentra al tamaño más pequeño en este 'punto'.

Fig. 1. Se utiliza una lente asférica para colimar un haz de diodo láser..

II. Para diferentes tipos de láseres (diodo y DPSS), las especificaciones del haz son completamente diferentes.

Muy a menudo, los láseres CW tienen una cavidad corta. El resonador de los láseres DPSS con microchip puede variar desde menos de un milímetro hasta unos pocos milímetros. Las cavidades de los diodos láser monomodo están en el rango de cientos de micrones. En general, estas cavidades cortas producen haces muy divergentes, que no son muy utilizables en sistemas ópticos.

El requisito de divergencia en microscopía y espectroscopia suele ser inferior a 2 mrad (ángulo completo) o incluso inferior a 1,5 mrad. Para cumplir con este requisito de los instrumentos analíticos modernos, es necesario colimar los rayos láser. Esto puede entenderse como colocar una lente o un conjunto de lentes delante de la cavidad del láser; no importa si se trata de una cavidad de láser semiconductor o de un resonador DPSS corto. Sin embargo, para diferentes tipos de láseres (diodo y DPSS), las especificaciones del haz son completamente diferentes.

III. Características del astigmatismo de los rayos láser de diodo, objetivos centrales de colimación y enfoque, y técnicas comúnmente utilizadas.

Un rayo láser de diodo se caracteriza por una baja calidad del frente de onda y un alto astigmatismo: la divergencia en el llamado eje rápido es mucho mayor que la divergencia en el eje lento. Se utilizan varias técnicas para colimar dicho haz astigmático y, a este respecto, son importantes varios objetivos. El objetivo principal de la colimación es reducir la divergencia del haz, el objetivo secundario es eliminar el astigmatismo tanto como sea posible, el tercero es mejorar la calidad del frente de onda, el cuarto es hacer el haz menos elíptico y el quinto es mantener una buena capacidad de enfoque.

La forma más sencilla y popular es colimar un haz de diodo láser utilizando una única lente asférica. (ver figura 1). Cuanto mayor sea la distancia focal de esta lente, mayor será el diámetro del haz después de la colimación. Además, si es necesario realizar un determinado ajuste del haz, por ejemplo para ampliar el radio de un haz colimado, se suele utilizar un sistema de dos lentes, el llamado telescopio. Una lente con una distancia focal negativa y la otra con una positiva crean una configuración para colimar y expandir o reducir el haz.

Con bastante frecuencia, la forma más popular de enfocar un haz de diodo láser es utilizar un sistema de dos lentes en el que una lente colima el haz altamente divergente y la segunda lente lo enfoca. Alternativamente, se puede usar una sola lente asférica para enfocar el haz para un enfoque directo, pero en la mayoría de los casos causa aberraciones severas, un haz más grande y muchas difracciones. Por definición, la calidad del haz implica una medida de qué tan bien se puede enfocar un rayo láser.

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