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Expansor de haz

Los expansores de haz son dispositivos ópticos que toman un haz de luz colimado y expanden su anchura (o, en sentido inverso, reducen su anchura). En física láser, se utilizan c...

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Los expansores de haz son dispositivos ópticos que toman un haz de luz colimado y expanden su anchura (o, en sentido inverso, reducen su anchura).

En física láser, se utilizan como elementos intracavitarios o extracavitarios. Pueden ser telescópicos o prismáticos. Generalmente, los expansores de haz prismáticos emplean varios prismas y se conocen como expansores de haz de prismas múltiples.

Los expansores de haz telescópicos incluyen telescopios refractores y reflectivos . [ 1 ] Un telescopio refractor de uso común es el telescopio galileano , que puede funcionar como un expansor de haz simple para luz colimada . La principal ventaja del diseño galileano es que nunca enfoca un haz colimado en un punto, por lo que los efectos asociados con la alta densidad de potencia, como la ruptura dieléctrica, son más evitables que con diseños de enfoque como el telescopio kepleriano . Cuando se utilizan como expansores de haz intracavitarios, en resonadores láser, estos telescopios proporcionan una expansión de haz bidimensional en el rango de 20 a 50. [ 1 ]

En los resonadores láser sintonizables , la expansión del haz dentro de la cavidad generalmente ilumina todo el ancho de una red de difracción . [ 2 ] Por lo tanto, la expansión del haz reduce la divergencia del haz y permite la emisión de anchos de línea muy estrechos [ 3 ] , lo cual es una característica deseada para muchas aplicaciones analíticas, incluida la espectroscopia láser. [ 4 ] [ 5 ]

Expansores de haz de prismas múltiples

Oscilador láser sintonizable de pulso largo que utiliza un expansor de haz de prismas múltiples [ 6 ]

Isaac Newton fue el primero en describir el uso de prismas como expansores de haz y en matrices de prismas múltiples. [ 7 ] [ 8 ] Los expansores de haz de prismas múltiples suelen emplear de dos a cinco prismas para producir grandes factores de expansión de haz unidimensionales. En la literatura se han divulgado diseños aplicables a láseres sintonizables con factores de expansión de haz de hasta 200. [ 3 ] Inicialmente, las configuraciones de rejilla de prismas múltiples se introdujeron en láseres de colorante líquido de ancho de línea estrecho [ 1 ] [ 9 ] pero finalmente también se adoptaron en diseños de láseres de gas, estado sólido y diodo. [ 3 ] La descripción matemática generalizada de los expansores de haz de prismas múltiples, introducida por FJ Duarte , [ 10 ] se conoce como la teoría de dispersión de prismas múltiples . [ 1 ] [ 3 ]

Los expansores y conjuntos de haces de prismas múltiples también pueden describirse mediante matrices de transferencia de rayos . [ 11 ] La teoría de dispersión de prismas múltiples también está disponible en forma de matriz de 4 × 4. [ 3 ] [ 12 ] Estas ecuaciones matriciales son aplicables tanto a compresores de pulsos de prisma como a expansores de haces de prismas múltiples. [ 3 ]

Conformación del haz fuera de la cavidad

Transformadores de haz híbridos de cavidad adicional: utilizando un expansor de haz telescópico, seguido de una lente convexa, seguido de un expansor de haz de prismas múltiples, un haz láser (con una sección transversal circular) puede transformarse en un haz extremadamente alargado en el plano de propagación, mientras que es extremadamente delgado en el plano ortogonal. [ 3 ] [ 13 ] La iluminación plana resultante, con una sección transversal casi unidimensional (o lineal), elimina la necesidad de escaneo punto por punto y se ha vuelto importante para aplicaciones como la interferometría de N rendijas , la microdensitometría y la microscopía . Este tipo de iluminación también puede conocerse en la literatura como iluminación de lámina de luz o iluminación de plano selectivo.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 Duarte, FJ (1990). "Osciladores láser de colorante pulsado de ancho de línea estrecho". En Duarte, FJ; Hillman, LW (eds.). Principios del láser de colorante . Academic Press . ISBN 978-0-12-222700-4.
  2. ↑ Hänsch, TW (1972). "Láser de colorante sintonizable pulsado repetitivamente para espectroscopia de alta resolución" . Applied Optics . 11 (4): 895– 898. Bibcode : 1972ApOpt..11..895H . doi : 10.1364/AO.11.000895 . PMID 20119064 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Duarte, FJ (2015). Óptica láser sintonizable (2.ª ed.). CRC Press . ISBN  978-1-4822-4529-5.
  4. ^ Demtröder, W. (2007). Laserspektroscopie: Grundlagen und Techniken (en alemán) (5ª ed.). Saltador . ISBN  978-3-540-33792-8.
  5. ↑ Demtröder, W. (2008). Espectroscopia láser Volumen 1: Principios básicos (4.ª ed.). Springer . ISBN  978-3-540-73415-4.
  6. ↑ Duarte, Francisco J.; Taylor, Travis S.; Costela, Angel; Garcia-Moreno, Inmaculada; Sastre, Roberto (1998). "Oscilador láser de colorante de estado sólido dispersivo de ancho de línea estrecho y pulso largo". Applied Optics . 37 (18): 3987– 3989. Bibcode : 1998ApOpt..37.3987D . doi : 10.1364/ao.37.003987 . PMID 18273368 . 
  7. ↑ Duarte, FJ (2000-05-01). "Newton, prismas y la "óptica" de los láseres sintonizables" . Optics and Photonics News . 11 (5): 24. doi : 10.1364/OPN.11.5.000024 . ISSN 1047-6938 . 
  8. ↑ Duarte, Frank J. (2003). Óptica láser sintonizable . Ámsterdam - Boston: Elsevier Academic Press. págs. 57-58 . ISBN  978-0-12-222696-0.
  9. ↑ Duarte, FJ; Piper, J. (1980). "Un expansor de haz de doble prisma para láseres de colorante pulsados". Optics Communications . 35 (1): 100– 104. Bibcode : 1980OptCo..35..100D . doi : 10.1016/0030-4018(80)90368-5 .
  10. ↑ Duarte, FJ; Piper, J. (1982). "Teoría de la dispersión de expansores de haz de prismas múltiples para láseres de colorante pulsados". Optics Communications . 43 (5): 303– 307. Bibcode : 1982OptCo..43..303D . doi : 10.1016/0030-4018(82)90216-4 .
  11. ↑ Duarte, FJ (1989). "Análisis de la matriz de transferencia de rayos de osciladores láser de colorante de prismas múltiples". Optical and Quantum Electronics . 21 (1): 47– 54. Bibcode : 1989OQEle..21...47D . doi : 10.1007/BF02199466 . S2CID 122811020 . 
  12. ↑ Duarte, FJ (1992). "Dispersión de prismas múltiples y matrices de transferencia de rayos 4×4". Optical and Quantum Electronics . 24 (1): 49– 53. Bibcode : 1992OQEle..24...49D . doi : 10.1007/BF01234278 . S2CID 121055172 . 
  13. ↑ Duarte, FJ (1991). «Capítulo 2». Láseres de colorante de alta potencia . Springer-Verlag . ISBN 978-0-387-54066-5.
  • Esquemas de configuraciones prácticas de prismas múltiples.