变焦扩束器:消色差


  • 0.5X - 2.5X, 1X - 4X, 2X - 8X, or 4X - 16X Continuous Beam Expansion
  • Sliding Lens Design Minimizes Beam Walk-Off
  • Three AR Coatings Available

ZBE1A

0.5X - 2.5X Magnification,
400 - 650 nm AR Coating

Input

Output

ZBE3B

2X - 8X Magnification,
650 - 1050 nm AR Coating

Output

Input

ZBE4C

4X - 16X Magnification,
1050 - 1650 nm AR Coating

Output

Input

Related Items


Please Wait
1X - 4X Zoom Beam Expander
Click for Details

放大倍率为1X - 4X和2X - 8X的扩束器输出端具有M43 x 0.5外螺纹。输入端具有SM05内螺纹和SM1外螺纹。
0.5X - 2.5X ZoomBeam Expander
Click for Details

放大倍率为0.5X - 2.5X的扩束器输出端具有SM1外螺纹。输入端具有SM05内螺纹和SM1外螺纹。
1X - 4X Zoom Beam Expander
Click for Details

放大倍率为4X - 16X的扩束器输出端具有SM2外螺纹。输入端具有SM05内螺纹和SM1外螺纹。

特性

  • 0.5X - 2.5X、1X - 4X、2X - 8X或4X - 16X连续扩束
  • 在放大倍率变化时保持准直
  • 三种宽带增透膜波长范围:
    • A:400 - 650 nm
    • B:650 - 1050 nm
    • C:1050 - 1650 nm
  • 滑动透镜调节使光束偏移降到最低
  • 外壳的机械长度固定,末端不可旋转
  • 带有放大倍率和对焦距离刻度
  • 放大倍率和准直调节环可用附带的六角扳手锁定

Thorlabs的消色差变焦扩束器可在指定的放大倍率范围(0.5倍到2.5倍、1倍到4倍、2倍到8倍或4倍到16倍)内连续扩大或缩小准直光束的直径。这些变焦扩束器采用低像差、滑动透镜、消色差设计,包含三个双胶合透镜,经过优化,可提供衍射极限性能,并将其对扩束后M2值的影响降到最小。与我们的其他可变扩束器不同,变焦扩束器在调整放大倍率时可使准直保持不变,因此不需要重新聚焦。

滑动透镜设计既能调整放大倍率和对焦距离,同时能将透镜调节时固有的光束偏移效应降到最小。右图中的红色环用于调整输出光束的放大倍率和对焦距离;达到所需的光束尺寸和准直后,可用附带的0.05英寸六角扳手拧紧螺丝以锁定环。

对于准直输入光束,使用调节环改变放大倍率(由扩束比刻度标记)时,输出光束保持准直。使用对焦距离调节环可将扩大的光束聚焦或调整为发散光束。0.5倍到2.5倍扩束器的最近对焦距离为±0.7 m,1倍到4倍和2倍到8倍扩束器的最近对焦距离为±2 m,4倍到16倍扩束器的最近对焦距离为±7 m。对焦距离环上具有带增量的刻度,从最近对焦距离到无穷远,此距离是从外壳前端螺纹的安装平面开始测量。

每个扩束器中使用的光学元件可选三种宽带增透膜,以最大程度地减少空气与玻璃界面处的反射。产品型号以A结尾的变焦扩束器镀有适用于400 - 650 nm的宽带增透膜,产品型号以B结尾的扩束器镀有适用于650 - 1050 nm的宽带增透膜,而产品型号以C结尾的扩束器镀有适用于1050 - 1650 nm的宽带增透膜。在指定波长范围内,增透膜可将每个表面的最大反射率降低到< 0.5%,而未镀膜光学元件每个表面的典型反射率为4%。关于膜层性能的更多信息,请看规格增透膜标签。

安装选项
所有这些变焦扩束器都具有一段Ø1.2英寸的光滑安装表面,与我们Ø1英寸透镜套筒的外径相同,从而可兼容接杆安装配件,如SM1RC(/M) Ø1英寸透镜套筒滑环和SM1TC Ø1英寸透镜套筒夹具,并兼容30 mm笼式系统安装配件,如CP36笼板。对于ZBE4x扩束器,我们建议使用Ø2.2 mm的较大外壳部分进行安装;这与我们Ø2英寸透镜套筒的直径相同,因此这些扩束器可使用SM2RC(/M) Ø2英寸透镜套筒滑环或SM2TC Ø2英寸透镜套筒夹具安装至接杆,或使用LCP36笼板直接安装到60 mm笼式系统。

其他光机械件和光学组件,如透镜套筒附加透镜滤光片,可以使用输入端和输出端的螺纹沿扩束器光轴安装。所有扩束器的输入端都具有SM1外螺纹和SM05内螺纹。ZB1Ex扩束器的输出端具有SM1外螺纹。ZBE2x和ZBE3x扩束器的输出端具有M43 x 0.5螺纹,可使用SM2A30螺纹转接件将其转换为SM2外螺纹。ZBE4x扩束器的输出端具有SM2外螺纹。

所有外壳的设计使得在转动放大倍率或对焦距离调节环时,安装表面和螺纹末端都不会旋转,所以用户在调节放大倍率和发散角时不会影响任何已经安装的光学元件,并可保持指向稳定性。

其他扩束器
Thorlabs为窄带和宽带紫外应用提供紫外熔融石英变焦扩束器。我们还提供其他扩束器选项,包括紫外熔融石英消色差ZnSe固定放大倍率扩束器、以及反射型扩束器。有关我们扩束器系列的更多信息,请看扩束器标签。

Item # PrefixZBE1ZBE2ZBE3ZBE4
Expansion0.5X - 2.5X1X - 4X2X - 8X4X - 16X
Max Input Beam Diametera10.9 mm @ 0.5X
8.0 mm @ 2.5X
10.9 mm @ 1X
8.8 mm @ 4X
6.0 mm @ 2X
4.4 mm @ 8X
6.0 mm @ 4X
2.7 mm @ 16X
Diffraction-Limited Input
Beam Diametera,b
10.0 mm @ 0.5X
7.0 mm @ 2.5X
10.0 mm @ 1X
7.5 mm @ 4X
5.5 mm @ 2X
3.4 mm @ 8X
5.5 mm @ 4X
2.5 mm @ 16X
Closest Focusing Distance±0.7 m±2 m±2 m±7 m
Pointing Stabilityc < 1 mrad
Input ThreadInternal: SM05 (0.535"-40)
External: SM1 (1.035"-40)
Output ThreadExternal SM1 (1.035"-40)External M43 x 0.5dExternal SM2 (2.035"-40)
Surface Quality20-10 Scratch-Dig
Housing Dimensions
Input Housing Diameter30.5 mm (1.20")e
Output Housing Diameter30.5 mm (1.20")e45.0 mm (1.77")55.9 mm (2.20")f
Housing Length119.9 mm (4.72")170.8 mm (6.72")303.2 mm (11.94")
Mounting OptionsgSM1RC(/M), SM1TC, CP36, SM2A21SM1RC(/M), SM1TC, CP36, SM2A21, SM2A30SM2RC(/M), SM2TC, LCP36, SM2A21
  • 对于准直光束。
  • 633 nm时,输出峰谷波前误差(WFE)小于λ/4时的最大输入光束直径。
  • 准直输入光束在变焦过程中的指向稳定性,此光束与变焦扩束器的光轴对齐。
  • SM2A30螺纹转接件可用于将这些扩束器集成到我们的SM2螺纹透镜套筒60 mm笼式系统
  • 此值与我们的SM1螺纹透镜套筒直径相同。推荐安装选项请见下文。
  • 此值与我们的SM2螺纹透镜套筒直径相同。推荐安装选项请见下文。
  • 此行的安装选项在下方有详细描述。使用我们的螺纹转接件可将扩束器与各种螺纹组件集成。
AR Coating Specifications
Item # SuffixABC
AR Coating TypeBroadband Antireflection
AR Coating Range400 - 650 nm650 - 1050 nm1050 - 1650 nm
Max Reflectancea < 0.5%
Typical Transmissionb>93% @ 405 nm
>94% @ 543 nm
>93% @ 633 nm
>93% @ 780 nm
>92% @ 850 nm
>94% @ 980 nm
>93% @ 1064 nm
>93% @ 1310 nm
>93% @ 1550 nm
Damage ThresholdPulsed: 0.5 J/cm² (532 nm, 10 ns Pulse,
10 Hz, Ø0.566 mm)
CWc: 600 W/cm (532 nm, Ø0.020 mm)
Pulsed: 5.0 J/cm² (810 nm, 10 ns Pulse,
10 Hz, Ø0.155 mm)
CWc: 9000 W/cm (1064 nm, Ø0.025 mm)
5.0 J/cm² (1542 nm, 10 ns Pulse,
10 Hz, Ø0.181 mm)
CWc: 350 W/cm (1550 nm, Ø0.194 mm)
  • 每个表面。
  • 对于整个系统。
  • 光束的功率密度应该以W/cm为单位计算。对于为何线性功率密度是长脉冲和CW源的最佳量度,请查看损伤阈值标签中“连续波和长脉冲激光”部分。

消色差变焦扩束器中的透镜可选三种增透膜,扩束器中的每个光学元件两面都镀有增透膜,以最大程度地减少空气与玻璃界面处的反射。下方曲线显示了每个表面的反射率在扩展波长范围内与波长的关系。蓝色阴影区域表示镀膜指定的工作范围;区域外的性能无法保证。下表提供了每种膜层的规格。

Triplet Collimator Coating Reflectance
Click to Enlarge

蓝色阴影区域表示膜层的指定工作波长范围。区域外的性能无法保证。
Triplet Collimator Coating Reflectance
Click to Enlarge

蓝色阴影区域表示膜层的指定工作波长范围。区域外的性能无法保证。
Triplet Collimator Coating Reflectance
Click to Enlarge

蓝色阴影区域表示膜层的指定工作波长范围。区域外的性能无法保证。
Antireflection Coatings
Item # SuffixWavelength RangeReflectance per Surface
A400 - 650 nmRMax < 0.5%
B650 - 1050 nmRMax < 0.5%
C1050 - 1650 nmRMax < 0.5%
消色差变焦扩束器干涉图样
调整变焦扩束器(型号ZBE2A)的放大倍率时,光束尺寸会发生变化,而SI100剪切干涉仪(带有已安装的SIVS观察屏)产生的干涉条纹则相对于参考线保持平行。有关剪切干涉仪如何工作的更多信息,请点击此处查看我们的完整页面。

准直

Thorlabs的剪切干涉仪可用于确定相干光束是否准直。此设计包括一个45°安装的楔形光学平板和一块中间带刻划参考线的散射屏。这些干涉仪可提供光束准直的定性分析。

散射屏用于观察由光学平板前后表面的菲涅尔反射产生的干涉条纹。如果光束已经准直,干涉条纹会平行于刻度参考线。除了准直度以外,干涉条纹还对球差、慧差和像散敏感。

右侧视频显示了调节变焦扩束器(型号ZBE2A)的放大倍率时,带放大观察屏系统(型号SIVS)的剪切干涉仪(型号SI100)的输出图样。其中干涉条纹相对于参考线保持平行,这表明变焦扩束器调整光束尺寸时,可保持光束准直(见下方参考图)。

准直
Collimated Light
会聚或发散
Converging Light Diverging Light
准直和会聚或发散光的示例。对于准直光,调整光束尺寸时,干涉条纹相对于参考线保持平行。

 

指向稳定性

这些变焦扩束器中的透镜在外壳内为滑动设计而非旋转,因此在调节放大倍率时可实现< 1 mrad的卓越指向稳定性。

 

调节

Thorlabs的变焦扩束器可提供0.5X - 2.5X (ZBE1x)、1X - 4X (ZBE2x)、2X - 8X (ZBE3x)或4X - 16X (ZBE4x)范围内的可变放大倍率,同时能保持输出光束的准直。此外,准直光束的发散度可以微调,或者,光束可以聚焦在从外壳前端螺纹的安装平面开始测量的±0.7 m (ZBE1x)、±2 m (ZBE2x和ZBE3x)或±7 m (ZBE4x)之间。

右图显示了调节扩束器的两种方法。如需调节对焦距离,可旋转距离输入侧最远的外壳中红色部分。这将有效地改变光束的焦点。如需调节放大倍率,可旋转最靠近输入侧的红色部分。这将有效地改变光束的尺寸。焦距环上具有带增量的刻度,从最近对焦距离到无穷远,此距离是从外壳前端螺纹的安装平面开始测量。

使用附带的0.05英寸六角扳手拧紧固定螺丝可锁定调节环。

 

消色差变焦扩束器成像

成像和投影应用

Thorlabs的变焦扩束器也非常适合任何需要以最小像差放大小视场的成像或投影应用。右边视频显示了MNWHL4白光LED光源由ACL2520U-A模压非球面透镜准直后,通过R1DS1N USAF测试靶。再由AC254-100-A 100 mm消色差透镜成像到无限远,接着进入ZBE1A变焦扩束器。变焦扩束器将USAF测试靶成像到距离其输出约1 m的墙上。视频中的放大倍率在整个调节范围(0.5倍到2.5倍)内往返变化。整个调节过程中,焦平面保持不变,始终生成USAF测试靶的清晰图像。完整的装置示意图如下所示。

请注意,离轴光线的输出与输入角之比等于放大倍率的倒数。因此,对于0.5倍的放大倍率,投影图像会更大,而对于2.5倍的放大倍率,投影图像会更小。

ZBE1A Application Shot
Click for Details
View Imperial Product List
Item #数量Description
Imperial Product List
MNWHL41已安装LED,4900 K,740 mW(最小),1225 mA
DC41001四通道LED驱动器,1个调制输入,1 A,5 V
SM1RC2滑环,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管,8-32螺孔
SM1L101SM1透镜套管,1.0英寸螺纹深度,附带一个卡环
SM1L201SM1透镜套管,2.0英寸螺纹深度,附带一个卡环
SM1M301SM1透镜套管,无外螺纹,长3英寸,带两个卡环
SM1T21转接件,SM1(1.035"-40)外螺纹,长0.5英寸,带两个锁环
SM1RR1SM1卡环,用于Ø1英寸透镜套管和安装座
ACL2520U-A1非球面聚光透镜,Ø25 mm,f=20.1 mm,NA=0.60,增透膜:350-700 nm
AC254-100-A1消色差双胶合透镜,Ø1英寸,f=100 mm,增透膜:400-700 nm
R1DS1N11951 USAF负测试靶,Ø1英寸
PF20-03-P011平面反射镜,有保护层的银膜,Ø2英寸
POLARIS-K2T11Polaris®光学调整架,SM2螺纹,Ø2英寸,2个调节器,附带2个卡环
RS2P8E1Ø1英寸底座式接杆,8-32螺纹,2英寸长
RS2.5P8E2Ø1英寸底座式接杆,8-32螺纹,2.5英寸长
CF1753叉式压块,1.75英寸沉头槽,通用
SH25S06311/4"-20不锈钢带帽螺丝,长5/8英寸,25件装
SH25S07511/4"-20不锈钢带帽螺丝,长3/4英寸,25件装
SS8S03818-32不锈钢固定螺丝,长3/8英寸,一包50个
ZBE1A1消色差变焦扩束器,0.5X - 2.5X,增透膜:400 - 650 nm
View Metric Product List
Item #数量Description
Metric Product List
MNWHL41已安装LED,4900 K,740 mW(最小),1225 mA
DC41001四通道LED驱动器,1个调制输入,1 A,5 V
SM1RC/M2滑环,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管,M4螺孔
SM1L101SM1透镜套管,1.0英寸螺纹深度,附带一个卡环
SM1L201SM1透镜套管,2.0英寸螺纹深度,附带一个卡环
SM1M301SM1透镜套管,无外螺纹,长3英寸,带两个卡环
SM1T21转接件,SM1(1.035"-40)外螺纹,长0.5英寸,带两个锁环
SM1RR1SM1卡环,用于Ø1英寸透镜套管和安装座
ACL2520U-A1非球面聚光透镜,Ø25 mm,f=20.1 mm,NA=0.60,增透膜:350-700 nm
AC254-100-A1消色差双胶合透镜,Ø1英寸,f=100 mm,增透膜:400-700 nm
R1DS1N11951 USAF负测试靶,Ø1英寸
PF20-03-P011平面反射镜,有保护层的银膜,Ø2英寸
POLARIS-K2T11Polaris®光学调整架,SM2螺纹,Ø2英寸,2个调节器,附带2个卡环
RS2P4M1Ø25 mm底座式接杆,M4螺纹,50 mm长
RS2.5P4M2Ø25 mm底座式接杆,M4螺纹,65 mm长
CF1753叉式压块,1.75英寸沉头槽,通用
SH6MS161M6 x 1.0不锈钢带帽螺丝,长16 mm,25件装
SH6MS201M6 x 1.0不锈钢带帽螺丝,长20 mm,25件装
SS4MS101M4 x 0.7不锈钢固定螺丝,长10 mm,一包50个
ZBE1A1消色差变焦扩束器,0.5X - 2.5X,增透膜:400 - 650 nm
使用ZBE1A变焦扩束器将USAF测试靶投影到墙上
Damage Threshold Specifications
Item # Suffix Laser Type Damage Threshold
A Pulsed 0.5 J/cm2 (532 nm, 10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.566 mm)
CWa 600 W/cm (532 nm, Ø0.020 mm)
B Pulsed 5.0 J/cm2 (810 nm, 10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.155 mm)
CWa 9,000 W/cm (1064 nm, Ø0.025 mm)
C Pulsed 5.0 J/cm2 (1542 nm, 10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.181 mm)
CWa 350 W/cm (1550 nm, Ø0.194 mm)
  • The power density of your beam should be calculated in terms of W/cm. For an explanation of why the linear power density provides the best metric for long pulse and CW sources, please see the "Continuous Wave and Long-Pulse Lasers" section below.

Damage Threshold Data for Thorlabs' Achromatic Zoom Beam Expanders

The specifications to the right are the damage thresholds for Thorlabs' achromatic zoom beam expanders.

nbsp;

激光诱导损伤阈值教

以下简要介绍如何测量激光诱导损伤阈值,以及如何根据损伤阈值规格确定光学元件是否适用于特定应用。在选择光学元件时,理解光学元件的激光诱导损伤阈值(LIDT)是很重要的。光学元件的LIDT很大程度上取决于您所使用的激光类型。连续波(CW)激光一般通过热效应(膜层或基底的吸收)引起损伤。脉冲激光通常在引起热损伤之前就会夺去光学元件晶格结构中的电子。请注意,这里提供的指南是以室温工作和全新光学元件为前提(即,符合划痕-麻点规格、表面无污染等)。由于光学元件表面上的灰尘或其它微粒会降低损伤阈值,因此我们建议保持光学元件表面清洁,且没有杂质污染。关于清洁光学元件的更多信息,请查看我们的光学元件清洁教程

测试方

Thorlabs根据ISO/DIS 11254和ISO 21254标准测试LIDT。

首先,我们将一束低功率/能量光束入射待测光学元件。光学元件的10个位置在激光光束下曝光一段时间(连续激光)或曝光若干个脉冲(特定的脉冲重频)。曝光后,用显微镜(放大率~100X)检测是否存在可见的损伤。记录损伤位置的个数以及对应的功率/能量。接下来,增大或者降低入射光的功率/能量,在光学元件的10个新位置进行曝光。重复以上过程,直到观察到损伤为止。这样,损伤阈值就是光学元件在没有损伤时能够承受的最高功率/能量。下面的直方图为一个BB1-E02反射镜的测试结果。

LIDT metallic mirror
上图为带保护层的铝膜反射镜的LIDT测试结果。在此测试中反射镜的损伤阈值为0.43 J/cm2 (1064 nm、脉宽10 ns、10 Hz、Ø1.000 mm)。

LIDT BB1-E02
Example Test Data
Fluence# of Tested LocationsLocations with DamageLocations Without Damage
1.50 J/cm210010
1.75 J/cm210010
2.00 J/cm210010
2.25 J/cm21019
3.00 J/cm21019
5.00 J/cm21091

根据测试结果,反射镜的损伤阈值为2.00 J/cm2 (532 nm、脉宽10 ns、10 Hz、Ø0.803 mm)。请注意,这些测试是在干净光学元件上进行的,因为杂质和污染物可能会明显减小元件损伤阈值。本测试结果仅代表某一种膜层,Thorlabs的损伤阈值规格会根据膜层不同而有所变化。

连续波和长脉冲激

当光学元件被连续波(CW)激光损伤时,通常是由于吸收激光能量造成表面融化或者光学膜层(增透膜)损伤[1]。分析LIDT时,脉宽大于1 µs的脉冲可以看作连续激光。

对于脉宽在1 ns和1 µs之间时,可能由于吸收或介电击穿产生激光诱导损伤,因此用户必须同时分析连续波和脉冲LIDT。吸收可能是由光学元件的固有属性或表面不规则引起的;只有满足或超过制造商提供的表面质量规格的光学元件,LIDT值才有效。尽管很多光学元件能够承受高功率连续波激光,但胶合(如消色差双合透镜)或高吸收(如中性密度滤光片)等光学元件的连续波损伤阈值则较低,这是因为胶合层或金属膜的吸收或散射会降低损伤阈值。

Linear Power Density Scaling

LIDT线性功率密度与脉宽和光斑大小的关系。从脉冲到连续激光,无论光斑大小,线性功率密度是恒定此曲线图[1]获得

Intensity Distribution

高脉冲重复频率(PRF)的脉冲激光和连续光束相似。但是,这很大程度上取决于吸收和热扩散等因素,因此没有可靠的方法确定高PRF激光是否会由于热效应损伤光学元件。对于高PRF的光束,其平均功率和峰值功率都必须与同等CW功率比较。此外,对于高度透明的材料,在PRF增加时,LIDT几乎没有或完全没有下降。

为了使用光学元件规定的连续波损伤阈值,有必要了解以下信息:

  1. 您的激光波长
  2. 光束直径(1/e2)
  3. 光束的近似强度轮廓(比如高斯分布)
  4. 光束的线性功率密度(总功率除以1/e2光束直径)

Thorlabs使用W/cm表达CW激光的LIDT值。这样,以线性功率密度给出的LIDT可用于任何光束直径;无需因为光斑大小改变而重新计算,如右图所示。使用下面的公式计算平均线性功率密度。

以上计算公式假设是均匀的光束强度轮廓。现在,您必须考虑光束中的热点或其它非均匀强度轮廓,并粗略计算最大的功率密度。例如,高斯光的最大功率密度通常是均匀光束的两倍(如右下图)。

现在,将最大功率密度与光学元件规定的LIDT比较。如果光学元件的测试波长不等于您的工作波长,损伤阈值必须要适当缩放。根据经验,损伤阈值和波长具有线性关系。所以,当波长减小时,损伤阈值也会减小(比如,LIDT在1310 nm时的损伤阈值为10 W/cm,在655 nm时则减小为5 W/cm):

CW Wavelength Scaling

这个经验法则只提供大体的趋势,它不是LIDT和波长的定量分析。比如,对于连续光应用,损伤阈值与膜层和基底的吸收成良好的比例关系,而上述吸收不一定与波长成比例。尽管上述过程对于LIDT计算是较好的经验法则,如果工作波长不同于LIDT波长,请联系技术支持techsupport-cn@thorlabs.com。如果实际功率密度小于调整后的损伤阈值,那么光学元件应该能适用于您的应用。

请注意,我们在网上标定的损伤阈值与我们的测验结果之间存在一定的预留误差,这样就能适应不同批次产品间的差异。如有需要,我们可以提供单独的测试信息和测试证书。我们将使用类似的光学元件进行损伤分析(不会损坏客户的光学元件)。测试可能需要额外费用或交货时间。请联系技术支持techsupport-cn@thorlabs.com获取更多信息。

脉冲激光

如上所述,脉冲激光一般会对光学元件引入与连续波激光不同类型的损伤。脉冲激光通常不会通过热效应使光学元件产生损伤;而是通过产生能在材料中诱导介电击穿的强电场对其造成损坏。遗憾的是,要将光学元件的LIDT规格与您使用的激光作比较是十分困难的。脉冲激光损坏光学元件有多种机制,并且损坏程度取决于激光脉宽。下表中的高亮部分概括了我们规定的LIDT值对应的脉宽。

小于10-9 s的脉冲与我们规定的LIDT值对比时缺乏可靠性。在这种超短脉冲范围,有各种机制会占主导的损伤机制[2],比如多光子雪崩电离。相反,10-7 s到10-4 s之间的脉冲对光学元件的损伤是由介电击穿或热效应引起的。这意味着连续和脉冲激光的损伤阈值都必须与激光光束进行比较,从而确定光学元件是否适用于您的应用。

Pulse Durationt < 10-9 s10-9 < t < 10-7 s10-7 < t < 10-4 st > 10-4 s
Damage MechanismAvalanche IonizationDielectric BreakdownDielectric Breakdown or ThermalThermal
Relevant Damage SpecificationN/APulsedPulsed and CWCW

将特定脉冲激光下给定的LIDT与您使用的激光作对比时,需要了解以下信息:

Energy Density Scaling

LIDT能量密度与脉冲宽度和光斑大小的关系对于短脉冲,无论光斑大小,能量密度是恒定。此曲线图[1]获得

  1. 您的激光波长
  2. 您的光束能量密度(总能量除以1/e2面积)
  3. 您的激光脉宽
  4. 您的激光脉冲重复频率(prf)
  5. 您的激光的光束直径(1/e2)
  6. 光束的大致强度分布(如高斯分布)

您的光束能量密度需要以J/cm2计算。右图表明了为何能量密度是短脉冲光源表达LIDT的最佳量度。在这些条件下,以能量密度给出的LIDT与光斑尺寸无关;因此不需要因为光斑大小变化而重新调整LIDT值。计算过程假定光强分布是均匀的。您必须调整能量密度来应对光束中的热点或其他非均匀强度分布,并且粗略计算最大能量密度。例如,高斯光的最大能量密度通常是1/e2光束的两倍。

现在将最大能量密度与光学元件给定的LIDT作比较。如果光学元件测试波长不等于您的工作波长,损伤阈值必须适当缩放[3]。根据经验,损伤阈值和波长比的平方根成比例。所以,当波长减小时,损伤阈值也会减小(比如,在1064 nm时的损伤阈值为1 J/m2,在532 nm时则减小为0.7 J/cm2):

Pulse Wavelength Scaling

现在您得到了根据波长调整的能量密度,可在接下来的步骤中使用此能量密度。

光束直径在比较损伤阈值时也是很重要的。虽然LIDT在以J/cm²表达时与光斑大小无关;但是大光束可能照射更多缺陷这可能会导致更大激光损伤阈值的变化[4]。对于这里的数据,使用小于1 mm光束测量LIDT。当光束尺寸大于5 mm时LIDT(J/cm²)也将和光束直径有关,因为尺寸较大光束容易暴露更多的缺陷

现在,必须对脉宽进行补偿。脉宽越长,光学元件能承受越多的能量。对于1 ns至100 ns的脉宽,其关系可以近似为:

Pulse Length Scaling

使用此公式可以根据您的脉宽计算调整LIDT。如果所使用激光的最大能量密度小于调整后的LIDT最大能量密度,光学元件就适用于您的应用。请注意,此计算仅适用于10-9 s和10-7 s之间的脉冲激光。对于10-7 s和10-4 s之间的脉冲激光,您同时还需要考察是否满足连续波LIDT。

请注意,我们在网上标定的损伤阈值与我们的测验结果之间存在一定的预留误差,这样就能适应不同批次产品间的差异。如有需要,我们可以提供单独的测试信息和测试证书。请联系技术支持techsupport-cn@thorlabs.com获取更多信息。


[1] R. M. Wood, Optics and Laser Tech. 29, 517 (1997).
[2] Roger M. Wood, Laser-Induced Damage of Optical Materials (Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA, 2003).
[3] C. W. Carr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[4] N. Bloembergen, Appl. Opt. 12, 661 (1973).

为了介绍如何确定某一给定激光系统是否损伤光学元件,下面给出了激光诱导损伤阈值(LIDT)的许多计算实例。为了方便类似的计算,我们提供一个电子表格计算器,可点击右边的按钮下载。使用计算器时,首先在绿色框中输入光学元件指定的LIDT值以及您激光系统的相关参数。电子表格将计算CW和脉冲系统的线性功率密度以及脉冲系统的能量密度值。使用这些数值根据公认的缩放方法为光学元件计算已经调整、按比例缩放的LIDT值。计算器假定高斯光束轮廓,因此必须对其它光束形状引入校正系数(均匀度等等)。LIDT缩放根据经验确定;精度无法保证。注意,在某些光谱区域,光学元件或膜层对激光的吸收能力可能大大降低LIDT。这些LIDT值对于脉宽小于1 ns的超短脉冲无效。

 

Intensity Distribution
高斯光束分布的最大光强大约是均匀光束分布的两倍。

CW激光实例
假设一个CW激光系统在1319 nm时输出1/e2直径为10 mm的0.5 W高斯光束。直接用总功率除以光束直径得到光束的平均线性功率密度为0.5 W/cm:

CW Wavelength Scaling

然而,高斯光束的最大功率密度约为均匀光束的最大功率密度的两倍,如右图所示。因此,系统更准确的最大线性功率密度是1 W/cm。

AC127-030-C消色差双合透镜规定的CW LIDT为350 W/cm,在1550 nm测得。CW损伤阈值通常与激光源的波长直接成比例,因此得出调整的LIDT值:

CW Wavelength Scaling

调整的350 W/cm x (1319 nm / 1550 nm) = 298 W/cm的LIDT值显著高于激光系统的最大线性功率密度,因此系统使用这个双合透镜是安全的。

脉冲纳秒激光实例:不同脉宽的缩放
假设某脉冲Nd:YAG激光系统的三倍频输出355 nm、10 Hz、脉宽为2 ns,单脉冲能量为1 J,并且光束直径为1.9 cm(1/e2)的高斯光束。脉冲能量除以光束面积得到每个脉冲的平均能量密度:

Pulse Energy Density

如上所述,高斯光束的最大能量密度约为平均能量密度的两倍。因此,光束的最大能量密度为~0.7 J/cm2

将这个光束能量密度分别对比BB1-E01宽带介质膜反射镜规定的LIDT值1 J/cm2NB1-K08 Nd:YAG激光线反射镜的LIDT值3.5 J/cm2。这两个LIDT值都在355 nm下测量,使用脉宽10 ns、重频10 Hz的脉冲激光确定。因此,需要对系统的更短脉宽进行调整。如上一个标签中的描述,纳秒脉冲的LIDT值与激光脉宽的平方根成比例:

Pulse Length Scaling

使用这个调节因子,BB1-E01宽带反射镜的LIDT值变为0.45 J/cm2,Nd:YAG激光线反射镜的LIDT值变为1.6 J/cm2,将它们直接和光束的0.7 J/cm2最大能量密度比较 。宽带反射镜很可能受到激光损伤,但是特殊的激光线反射镜能够用于激光系统。

脉冲纳秒激光实例:不同波长的缩放
假设某脉冲激光系统以2.5 Hz发射10 ns脉冲,每个脉冲在1064 nm的能量为100 mJ,1/e2光束直径为16 mm,我们现在需要用中性密度滤光片进行衰减。对于高斯输出,使用这些规格计算最大能量密度为0.1 J/cm2

对于355 nm的10 ns脉冲,NDUV10A Ø25 mm、OD 1.0的反射型中性密度滤光片的损伤阈值是0.05 J/cm2,而对于532 nm的10 ns脉冲,类似的NE10A吸收型滤光片的损伤阈值是10 J/cm2。根据上一个标签中的描述,对于纳秒脉冲,光学元件的LIDT值与波长的平方根成比例:

Pulse Wavelength Scaling

根据这个比例,反射型滤光片调整后的LIDT值为0.08 J/cm2,吸收型滤光片为14 J/cm2。在这种情况下,为了防止光学损伤,吸收型滤光片是最佳选择。

脉冲微秒激光实例
考虑产生1 µs脉冲的激光系统,单脉冲能量为150 µJ,重频为50 kHz,这将导致5%相对高的占空比。系统处于CW与脉冲激光诱导损伤之间,可能通过任何一种机制引起光学元件损伤。因此,CW和脉冲LIDT值必须同时和激光系统的性质进行对比,以确保安全工作。

如果这个较长脉冲激光器发射980 nm、1/e2直径为12.7 mm的的高斯光束,那么激光输出的线性功率密度为5.9 W/cm,单脉冲能量密度为1.2 x 10-4 J/cm2。将这个值与WPQ10E-980聚合物零级四分之一波片的LIDT值对比,对于810 nm连续波为5 W/cm,对于810 nm的10 ns脉冲为5 J/cm2。与前面一样,光学元件的CW LIDT与激光波长呈线性比例,所以在980 nm时经过调整的CW值为6 W/cm。另一方面,脉冲LIDT与激光波长平方根和脉宽平方根成比例,所以对于1 µs脉冲在980 nm下经过调整的值为55 J/cm2 。光学元件的脉冲LIDT显著大于激光脉冲的能量密度,因此单脉冲不会损伤波片。然而,激光系统的平均线性功率密度较高,和高功率CW光束相似,可能会对光学元件造成热损伤。


Posted Comments:
Martin Gersing  (posted 2023-09-12 08:00:14.45)
Hello Thorlabs Team, could you please provide information about the diameter-tolerances of the mounting surface for the ZBE2B beam expander?
tberg  (posted 2023-09-13 05:16:26.0)
Dear Martin, Thanks for contacting Thorlabs! I have reached out to you directly with tolerance info for the mounting surface of the ZBE2B Beam Expander.

Thorlabs提供固定和可变放大倍率的扩束器,以及变焦扩束器,其中变焦扩束器可保持准直,因此在调节放大倍率时无需重新聚焦。下表直接比较了不同扩束器的规格。如需协助挑选适合您特定应用的最佳扩束器,请联系技术支持techsupport-cn@thorlabs.com

Beam Expander
Description
Fixed Magnification UVFS Laser Line,
Sliding Lens
Fixed Magnification Achromatic,
Sliding Lens
Fixed Magnification Mid-Infrared,
Sliding Lens
Expansions Available2X, 3X, 5X, 10X, 20Xa2X, 3X, 5X, 10X,
15X, 20X
2X, 5X, 10X
AR Coating Range(s)
(Item # Suffix)
240 - 360 nm (-UVB)
248 - 287 nm (-266)
325 - 380 nm (-355)
488 - 580 nm (-532)
960 - 1064 nm (-1064)
400 - 650 nm (-A)
650 - 1050 nm (-B)
1050 - 1650 nm (-C)
7 - 12 μm (-E3)
Mirror Coating (Range)N/A
Reflectance (per Surface)Rmax < 1.5% (-UVB)
Ravg < 0.2% (All Others)
Rmax < 0.5%Ravg < 1.0%
Max Input Beam Diameter2X: 8.5 mm
3X: 9.0 mm
5X: 4.3 mm
10X: 2.8 mm
20X: 2.0 mm
2X: 8.5 mm
3X: 9.0 mm
5X: 5.0 mm
10X: 3.0 mm
15X: 2.5 mm
20X: 2.0 mm
2X: 9.5 mm
5X: 6.7 mm
10X: 3.5 mm
Wavefront Error< λ/4 (Peak to Valley)
Surface Quality10-5 Scratch-Dig20-10 Scratch-Dig80-50 Scratch-Dig
  • 20倍扩束器仅提供镀V形膜的版本,用于355 nm、532 nm或1064 nm。

Beam Expander
Description
Zoom UVFS,
Sliding Lens
Zoom Achromatic,
Sliding Lens
Reflective Beam Expander
Fixed Magnification
Expansions Available0.5X - 2.5X, 1X - 4X,
2X - 8X, 4X - 16X
0.5X - 2.5X, 1X - 4X,
2X - 8X, 4X - 16X
2X, 4X, 6X
AR Coating Range(s)
(Item # Suffix)
240 - 360 nm (UVB)
330 - 370 nm (3)
495 - 570 nm (2)
980 - 1130 nm (1)
400 - 650 nm (A)
650 - 1050 nm (B)
1050 - 1650 nm (C)
N/A
Mirror Coating (Range)N/AProtected Silver
(450 nm - 20 μm)
Reflectance (per Surface)Rmax < 1.5% for (UVB)
Ravg < 0.2% (All Others)
Rmax < 0.5%Ravg > 96%
Max Input Beam Diameter0.5X - 2.5X: 10.9 to 8.0 mm
1X - 4X: 10.9 to 8.8 mm
2X - 8X: 6.0 to 4.4 mm
4X - 16X: 6.0 to 2.7 mm
0.5X - 2.5X: 10.9 to 8.0 mm
1X - 4X: 10.9 to 8.8 mm
2X - 8X: 6.0 to 4.4 mm
4X - 16X: 6.0 to 2.7 mm
3 mm
Wavefront Error< λ/4 (Peak to Valley)< λ/10a (RMS)
Surface Quality10-5 Scratch-Dig20-10 Scratch-Dig40-20 Scratch-Dig
  • 针对2倍放大倍率下的Ø1.5 mm输入光束,4倍放大倍率下的Ø1.0 mm输入光束或6倍放大倍率下的Ø0.5 mm输入光束。
Back to Top

消色差变焦扩束器,宽带增透膜:400 - 650 nm

Item #ExpansionMax Input
Beam Diametera
Diffraction-Limited Input
Beam Diametera,b
Input ThreadOutput Thread
(External)
AR Coating
Max Reflectancec
Typical
Transmissiond
Damage Thresholde
ZBE1A0.5X - 2.5X10.9 mm @ 0.5X
8.0 mm @ 2.5X
10.0 mm @ 0.5X
7.0 mm @ 2.5X
Internal: SM05
External: SM1
SM1 < 0.5% (400 - 650 nm)>93% @ 405 nm
>94% @ 543 nm
>93% @ 633 nm
Pulsed: 0.5 J/cm² (532 nm,
10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.566 mm)

CWf: 600 W/cm
(532 nm, Ø0.020 mm)
ZBE2A1X - 4X10.9 mm @ 1X
8.8 mm @ 4X
10.0 mm @ 1X
7.0 mm @ 4X
M43 x 0.5g
ZBE3A2X - 8X6.0 mm @ 2X
4.4 mm @ 8X
5.5 mm @ 2X
3.4 mm @ 8X
ZBE4A4X - 16X6.0 mm @ 4X
2.7 mm @ 16X
5.5 mm @ 4X
2.5 mm @ 16X
SM2
  • 对于准直光束。
  • 633 nm时,输出峰谷波前误差(WFE)小于λ/4时的最大输入光束直径。
  • 每个表面。
  • 对于整个系统。
  • 这是增透膜的损伤阈值,其限制了扩束器可接受的最大功率。请注意,如果使用这些型号来减小光束尺寸,输出孔径处的功率不得超过此损坏阈值。
  • 光束的功率密度应该以W/cm为单位计算。对于为何线性功率密度是长脉冲和CW源的最佳量度,请查看损伤阈值标签中“连续波和长脉冲激光”部分。
  • SM2A30螺纹转接件可用于将这些扩束器集成到我们的SM2螺纹透镜套筒60 mm笼式系统
+1 数量 文档 产品型号 - 公英制通用 单价 现货 / 发货日
ZBE1A Support Documentation
ZBE1A消色差变焦扩束器,0.5X - 2.5X,增透膜:400 - 650 nm
¥14,010.84
Lead Time
ZBE2A Support Documentation
ZBE2A消色差变焦扩束器,1X - 4X,增透膜:400 - 650 nm
¥14,944.88
2 Weeks
ZBE3A Support Documentation
ZBE3A消色差变焦扩束器,2X - 8X,增透膜:400 - 650 nm
¥15,878.94
2 Weeks
ZBE4A Support Documentation
ZBE4A消色差变焦扩束器,4X - 16X,增透膜:400 - 650 nm
¥17,466.84
Lead Time
Back to Top

消色差变焦扩束器,宽带增透膜:650 - 1050 nm

Item #ExpansionMax Input
Beam Diametera
Diffraction-Limited Input
Beam Diametera,b
Input ThreadOutput Thread
(External)
AR Coating
Max Reflectancec
Typical
Transmissiond
Damage Thresholde
ZBE1B0.5X - 2.5X10.9 mm @ 0.5X
8.0 mm @ 2.5X
10.0 mm @ 0.5X
7.0 mm @ 2.5X
Internal: SM05
External: SM1
SM1< 0.5% (650 - 1050 nm)>93% @ 780 nm
>92% @ 850 nm
>94% @ 980 nm
Pulsed: 5.0 J/cm² (810 nm,
10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.155 mm

CWf: 9,000 W/cm
(1064 nm, Ø0.025 mm)
ZBE2B1X - 4X10.9 mm @ 1X
8.8 mm @ 4X
10.0 mm @ 1X
7.0 mm @ 4X
M43 x 0.5g
ZBE3B2X - 8X6.0 mm @ 2X
4.4 mm @ 8X
5.5 mm @ 2X
3.4 mm @ 8X
ZBE4B4X - 16X6.0 mm @ 4X
2.7 mm @ 16X
5.5 mm @ 4X
2.5 mm @ 16X
SM2
  • 对于准直光束。
  • 633 nm时,输出峰谷波前误差(WFE)小于λ/4时的最大输入光束直径。
  • 每个表面。
  • 对于整个系统。
  • 这是增透膜的损伤阈值,其限制了扩束器可接受的最大功率。请注意,如果使用这些型号来减小光束尺寸,输出孔径处的功率不得超过此损坏阈值。
  • 光束的功率密度应该以W/cm为单位计算。对于为何线性功率密度是长脉冲和CW源的最佳量度,请查看损伤阈值标签中“连续波和长脉冲激光”部分。
  • SM2A30螺纹转接件可用于将这些扩束器集成到我们的SM2螺纹透镜套筒60 mm笼式系统
+1 数量 文档 产品型号 - 公英制通用 单价 现货 / 发货日
ZBE1B Support Documentation
ZBE1B消色差变焦扩束器,0.5X - 2.5X,增透膜:650 - 1050 nm
¥14,477.87
Today
ZBE2B Support Documentation
ZBE2B消色差变焦扩束器,1X - 4X,增透膜:650 - 1050 nm
¥15,878.94
2 Weeks
ZBE3B Support Documentation
ZBE3B消色差变焦扩束器,2X - 8X,增透膜:650 - 1050 nm
¥16,813.00
Lead Time
ZBE4B Support Documentation
ZBE4B消色差变焦扩束器,4X - 16X,增透膜:650 - 1050 nm
¥18,400.90
2 Weeks
Back to Top

消色差变焦扩束器,宽带增透膜:1050 - 1650 nm

Item #ExpansionMax Input
Beam Diametera
Diffraction-Limited Input
Beam Diametera,b
Input ThreadOutput Thread
(External)
AR Coating
Max Reflectancec
Typical
Transmissiond
Damage Thresholde
ZBE1C0.5X - 2.5X10.9 mm @ 0.5X
8.0 mm @ 2.5X
10.0 mm @ 0.5X
7.0 mm @ 2.5X
Internal: SM05
External: SM1
SM1< 0.5% (1050 - 1650 nm)>93% @ 1064 nm
>93% @ 1310 nm
>93% @ 1550 nm
Pulsed: 5.0 J/cm² (1542 nm,
10 ns Pulse, 10 Hz, Ø0.181 mm)

CWf: 350 W/cm
(1550 nm, Ø0.194 mm)
ZBE2C1X - 4X10.9 mm @ 1X
8.8 mm @ 4X
10.0 mm @ 1X
7.0 mm @ 4X
M43 x 0.5g
ZBE3C2X - 8X6.0 mm @ 2X
4.4 mm @ 8X
5.5 mm @ 2X
3.4 mm @ 8X
ZBE4C4X - 16X6.0 mm @ 4X
2.7 mm @ 16X
5.5 mm @ 4X
2.5 mm @ 16X
SM2
  • 对于准直光束。
  • 633 nm时,输出峰谷波前误差(WFE)小于λ/4时的最大输入光束直径。
  • 每个表面。
  • 对于整个系统。
  • 这是增透膜的损伤阈值,其限制了扩束器可接受的最大功率。请注意,如果使用这些型号来减小光束尺寸,输出孔径处的功率不得超过此损坏阈值。
  • 光束的功率密度应该以W/cm为单位计算。对于为何线性功率密度是长脉冲和CW源的最佳量度,请查看损伤阈值标签中“连续波和长脉冲激光”部分。
  • SM2A30螺纹转接件可用于将这些扩束器集成到我们的SM2螺纹透镜套筒60 mm笼式系统
+1 数量 文档 产品型号 - 公英制通用 单价 现货 / 发货日
ZBE1C Support Documentation
ZBE1C消色差变焦扩束器,0.5X - 2.5X,增透膜:1050 - 1650 nm
¥14,944.88
Lead Time
ZBE2C Support Documentation
ZBE2C消色差变焦扩束器,1X - 4X,增透膜:1050 - 1650 nm
¥16,345.97
2 Weeks
ZBE3C Support Documentation
ZBE3C消色差变焦扩束器,2X - 8X,增透膜:1050 - 1650 nm
¥17,280.03
2 Weeks
ZBE4C Support Documentation
ZBE4C消色差变焦扩束器,4X - 16X,增透膜:1050 - 1650 nm
¥18,400.90
2 Weeks
Back to Top

安装配件

下表中列出了消色差变焦扩束器的一些安装选项。关于我们所有的螺纹转接件,请查看光学组件螺纹转接件选择指南

Item #SM1RC(/M)SM2RC(/M)SM1TCSM2TCCP36LCP36SM2A21SM2A30
Photo
(Click to Enlarge)
SM1RCSM2RCSM1TCSM2TCCP36LCP09SM2A21SM2A30
ApplicationSlip Ring for Post MountingClamp for Post Mounting30 mm Cage Mount for Ø1.2" Housing60 mm Cage Mount for Ø2.2" HousingMount Beam Expander in Ø2"
or SM2-Threaded
Optic Mounts
Integrate Beam Expander with SM2-Threaded Components
Compatible Achromatic Zoom Beam Expanders (Item # Prefix)ZBE1
ZBE2
ZBE3
ZBE4
ZBE4ZBE1
ZBE2
ZBE3
ZBE4
ZBE4ZBE1
ZBE2a
ZBE3a
ZBE4a
ZBE4ZBE1
ZBE2
ZBE3
ZBE4
ZBE2
ZBE3
Internal Bore /
Threads
Ø1.2" BoreØ2.2" BoreØ1.2" BoreØ2.2" BoreØ1.2" BoreØ2.2" BoreØ1.2" BoreM43 x 0.5 Threads
External Threads / Outer Diameter------SM2 Threads and
Ø2" Smooth Surface
SM2 Threads
Mounting Holes8-32 (M4) Tap#8 (M4) CounterboreCompatible with
30 mm Cage Systems
Compatible with
60 mm Cage Systems
--
  • 这些扩束器的输出端无法装入30 mm笼式系统中。如需将扩束器用于笼式系统末端,可使用CP36,即笼杆只在外壳的Ø1.2英寸区段上延伸。如需将整个扩束器装入笼式系统中,可将SM2A21转接件安装在LCP35笼板中,从而集成到60 mm笼式系统
+1 数量 文档 产品型号 - 英制 单价 现货 / 发货日
SM1RC Support Documentation
SM1RC滑环,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管,8-32螺孔
¥240.36
Today
SM2RC Support Documentation
SM2RC滑环,用于SM2透镜套筒,8-32螺孔
¥305.69
Today
+1 数量 文档 产品型号 - 公英制通用 单价 现货 / 发货日
SM1TC Support Documentation
SM1TC夹具,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管
¥437.64
Today
SM2TC Support Documentation
SM2TC夹具,用于SM2透镜套筒
¥482.98
2 Weeks
CP36 Support Documentation
CP3630 mm笼板,Ø1.2英寸限位孔,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管
¥211.32
Today
LCP36 Support Documentation
LCP36Customer Inspired! 60 mm笼板,Ø2.2英寸(Ø56.0 mm)限位孔,用于SM2透镜套筒
¥437.64
2 Weeks
SM2A21 Support Documentation
SM2A21SM2外螺纹安装转接件,Ø1.20英寸(Ø30.5 mm)限位孔,2英寸外径
¥468.77
Today
SM2A30 Support Documentation
SM2A30转接件,SM2外螺纹和M43 x 0.5内螺纹
¥158.55
Today
+1 数量 文档 产品型号 - 公制 单价 现货 / 发货日
SM1RC/M Support Documentation
SM1RC/M滑环,用于SM1透镜套筒和C-Mount延长管,M4螺孔
¥240.36
Today
SM2RC/M Support Documentation
SM2RC/M滑环,用于SM2透镜套筒,M4螺孔
¥305.69
Today