Los expansores de haz son dispositivos ópticos que toman un haz de luz colimado y expanden su ancho (o, usado a la inversa, reducen su ancho).
En física láser se utilizan como elementos intracavitarios o extracavitarios. Pueden ser de naturaleza telescópica o prismática. Generalmente, los expansores de haz prismáticos utilizan varios prismas y se conocen como expansores de haz de prismas múltiples.
Los expansores de haz telescópicos incluyen telescopios refractores y reflectantes . [1] Un telescopio refractor comúnmente utilizado es el telescopio galileano , que puede funcionar como un simple expansor de haz 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 una 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 intracavidad, 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 intracavitario normalmente ilumina todo el ancho de una rejilla 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], que es una característica deseada para muchas aplicaciones analíticas, incluida la espectroscopia láser. [4] [5]
Los expansores de haz de prismas múltiples suelen desplegar de dos a cinco prismas para producir grandes factores de expansión del haz unidimensional. En la literatura se han descrito diseños aplicables a láseres sintonizables con factores de expansión del haz de hasta 200. [3] Inicialmente, se introdujeron configuraciones de rejilla de prismas múltiples en láseres de tinte líquido de ancho de línea estrecho [1] [7] pero finalmente también se adoptaron en diseños de láseres de gas, de estado sólido y de diodo. [3] La descripción matemática generalizada de los expansores de haz de prismas múltiples, introducida por Duarte , [8] se conoce como teoría de la dispersión de prismas múltiples . [1] [3]
Los expansores y conjuntos de haces de prismas múltiples también se pueden describir utilizando matrices de transferencia de rayos . [9] La teoría de la dispersión de prismas múltiples también está disponible en forma de matriz de 4 × 4. [3] [10] Estas ecuaciones matriciales son aplicables a compresores de impulsos de prisma o a expansores de haz de prismas múltiples. [3]
Transformadores de haz híbridos de cavidad extra: utilizando un expansor de haz telescópico, seguido de una lente convexa, seguido de un expansor de haz de prismas múltiples, un rayo láser (con una sección transversal circular) se puede transformar en un haz extremadamente alargado, en el plano de propagación, aunque extremadamente delgada en el plano ortogonal. [3] [11] 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 interferometría de rendija N , microdensitometría y microscopía . Este tipo de iluminación también puede denominarse iluminación en lámina de luz o iluminación plana selectiva.