بررسی Beam Expander های اپتیکی

نقش کلیدی موازی‌سازها و Beam Expander در مهندسی موج نور

برای درک عمیق عملکرد ابزارهای کلیدی در طراحی سیستم‌های نوری، لازم است ابتدا مفهوم بنیادی جبهه‌ی موج (Wavefront) را بشناسیم. جبهه موج، سطحی فرضی است که تمام نقاط آن دارای فاز یکسانی از یک موج نوری هستند. در حالت ایده‌آل، پرتو نوری که از یک منبع نقطه‌ای در بی‌نهایت می‌تابد، دارای جبهه‌ی موج مسطح و کاملاً موازی است. اما در واقعیت، منابع نوری معمولاً جبهه‌هایی منحنی، واگرا یا همگرا تولید می‌کنند.

در اینجاست که ابزارهایی مانند موازی‌ساز (Collimator) وارد عمل می‌شوند. وظیفه‌ی اصلی موازی‌ساز، تبدیل یک جبهه موج کروی (همگرا یا واگرا) به جبهه‌ای مسطح و موازی است. این فرآیند از طریق ترکیب دقیق عدسی‌ها یا آینه‌هایی با ابیراهی کنترل‌شده انجام می‌شود. نتیجه‌ی این تبدیل، پرتویی است با مسیر نوری هم‌راستا، فاز یکنواخت، و مناسب برای ورود به بخش‌های حساس سیستم نوری مانند توری‌های پراش، آینه‌های اسکنر، یا آشکارسازهای برد بالا.

 Beam Expander کنترل مؤثر روی ابعاد و واگرایی پرتو

در بسیاری از کاربردهای صنعتی یا علمی، صرفاً موازی‌سازی پرتو کافی نیست. نیاز به افزایش قطر پرتو و کاهش واگرایی زاویه‌ای آن وجود دارد؛ خصوصاً در سامانه‌های لیزر، ارتباطات اپتیکی، هولوگرافی و لیدار. در این موارد، از ابزاری به نام Beam Expander استفاده می‌شود.

 Beam Expander نیز با تغییر در ساختار جبهه موج، پرتو را بدون افت همراستایی و با حفظ خواص همدوسی، در ابعاد بزرگ‌تری منتشر می‌کند. نوع طراحی آن (گالیله‌ای یا کپلری) بسته به نیاز اپتیکی، پایداری مکانیکی، و کیفیت پرتوی خروجی انتخاب می‌شود.

ترکیب هوشمندانه‌ی Collimator و Beam Expander در طراحی سیستم

در طراحی‌های دقیق نوری، معمولاً این دو ابزار با هم ترکیب می‌شوند: نخست، Collimator جبهه موج را مسطح کرده و پرتو را هم‌راستا می‌سازد؛ سپس Beam Expander قطر پرتو را مطابق نیاز سیستم گسترش می‌دهد. این رویکرد به‌ویژه در طیف‌سنج‌ها، سامانه‌های تداخل‌سنجی، و مسیرهای اپتیکی با فاصله زیاد، ضروری است.

جمع‌بندی نهایی

تسلط بر مفاهیمی مانند جبهه موج، و نحوه‌ی شکل‌دهی آن با ابزارهایی نظیر Collimator و Beam Expander، یکی از پایه‌های طراحی اپتیکی در سطوح پیشرفته محسوب می‌شود. درک تغییرات فازی، کنترل پاشندگی، مدیریت هم‌راستایی پرتوی نور، و انتخاب دقیق پارامترهای اپتیکی در این ابزارها، مستقیماً کیفیت و دقت عملکرد نهایی سیستم را تعیین می‌کند.