¿Qué es un expansor de haz?

Un expansor de haz de luz o láser es un instrumento científico que permite que la luz paralela o los rayos láser tengan un haz de entrada expandido para convertirse en un haz de salida más grande. El instrumento se usa de manera similar al uso de un telescopio y produce rayos telescópicos en línea recta o rayos prismáticos, como los rayos que uno puede ver cuando la luz se refleja en las facetas de un cristal. Los expansores de haz se usan en física láser y en casi una docena de aplicaciones científicas que usan sus rayos de salida para mediciones, como el micro maquinado con láser, el corte de células solares, la teledetección y otros experimentos científicos en varios campos. Su aumento del haz, sin afectar las cromáticas y evitando deliberadamente el enfoque, permite aplicaciones desde las más pequeñas, como en los microscopios, hasta las mediciones de astronomía más grandes. Desarrollados a partir de ópticas de telescopio establecidas, tienen alta transmisión y baja distorsión.

Las características disponibles en la mayoría de los expansores de haz son para aberturas de entrada estándar y pueden preservar columnas de luz precisas independientemente de la longitud de onda. Los expansores pueden manejar la luz del espectro ultravioleta a través de todas las regiones visibles y hacia las regiones infrarrojas, y pueden reducir la cantidad de longitud necesaria en un telescopio. Están diseñados para configuraciones de salida variables y fijas con controles de ajuste de columna.

Para un poco de historia, los telescopios ópticos son refractarios o reflectantes. Los telescopios refractores refractan la luz por medio de lentes que doblan o refractan la luz, mientras que los telescopios reflectores usan grandes espejos ópticos para reflejar la luz. Un expansor de haz es esencialmente un telescopio con el principio de que la divergencia del haz y las relaciones de expansión del haz son del mismo factor. Los expansores de haz de potencia más bajos se basan en el diseño del telescopio Galileo con un conjunto de lentes de entrada negativa y salida positiva. Sin embargo, hay disponibles diseños de telescopios Kepler que tienen una lente de enfoque intermedia, estenopeica, y dos lentes positivas que son muy largas, telescópicas, expansores de haz.

Los diseños para expansores de rayos láser producen colocaciones de lentes de imagen y lentes objetivas que son opuestas a su colocación dentro de un telescopio Kepler. El haz de entrada de la columna se enfoca en un punto entre las lentes donde el calor del láser se acumula y calienta el aire que conduce a las distorsiones del frente de onda, por lo tanto, a menudo se prefiere el diseño galileo para evitar la distorsión. Como un expansor de rayo láser aumentará la entrada del láser mediante una potencia de expansión establecida, disminuirá la divergencia del rayo en la salida con la misma potencia y, a una gran distancia, el rayo en columnas será más pequeño.

Los llamados diseños ópticos híbridos de cavidad extra en expansores de haz siguen al expansor de haz estándar con una lente convexa, con forma de curvatura de un ojo humano, que produce un efecto prismático múltiple. Estas vigas expandidas se pueden transmitir a distancias muy largas y, sin embargo, parecen muy delgadas cuando se ven desde un ángulo. Estas iluminaciones de línea se usan en procedimientos de interferometría para realizar mediciones en metrología óptica y de ingeniería, y también se usan en física nuclear, de partículas y de plasma.