今天和大家谈一谈激光扩束镜在激光系统中的应用，网上可以搜索到很多关于这方面的介绍，特别是一些做激光镜头的公司，大多数都会介绍一些基本的，现在我做个总结，并且扩展一下：
1-激光扩束镜是一种望远系统，有两种类型，一种开普勒，一种伽利略，开普勒结构中间有聚焦点，在高峰值功率的超快激光系统中，可以使得空气电离，一般如果非要用的话要使激光在真空中聚焦，但是在低功率下能够更好的起到滤波的作用，如下图所示，可以将光源中的高频成分滤掉，当然也可以滤掉由于光学元件像差以及光学元件加工所引起的高频成分，说白了就是使得光束更加干净
而伽利略结构，由于中间没聚焦点，并且同等倍率下的光学长度比较短，所以能使得结构更紧凑，在某一些场合更适合应用。
2-扩束系统是为了压缩发散角，使得聚焦光斑更小，那么怎么理解这样的一个问题呢，在之前的文章中介绍过了，这里我再粗略地介绍一下，激光里面有一个和几何光学比较相似的公式，那就是w=f*theta，这里w是聚焦之后在焦平面的光斑半径（无论这一个位置是不是束腰所在的位置，都满足这个规律），f是聚焦透镜的焦距，theta是聚焦之前光束的发散半角（远场发散角），这个公式能由严格的高斯激光传输公式得到，你们可以翻阅一下我之前的文章，是不是和几何光学的规律很相似，那么问题就来了，如何使得聚焦光斑变小，能减小焦距，但是它受到实际应用中工作距离的限制，所以最好的方法就是减小theta的值，那么theta的值又如何减小呢，根据w0*theta=lamda/pi*M2=常数，w0是束腰半径大小，lamda是激光波长，M2是激光光束质量的一种表达形式，从这个公式中我们看出，减小theta的方法是增大w0，所以就需要扩束镜，上面其实已经讲到了聚焦光斑的计算方式，你们可以尝试着计算一下（注意公式中每个量的单位）。
3-如果想实现精准的分析，要利用高斯传输特性，计算束腰的位置和大小，这里我就不做过多的介绍，可以翻阅之前的文章，如下图所示
4-如果将扩束镜的两组镜片之间的距离改变，那么会发生啥，又会起到啥作业呢？根据高斯光束传输理论，它会在束腰变化很小的情况下，改变激光光束的远场发散角，进而改变2中所谈及的焦平面处的光斑大小，注意焦平面位置并不是束腰的位置，而束腰的位置是随着扩束镜两组镜片之间距离改变而改变，这就是激光3D动态聚焦系统的根本原理，而扩束镜每个焦距取多少值，移动透镜移动范围为多少，聚焦光斑大小是怎样的，这些要结合所选激光器精确计算，满足实际的应用需求。
5-两种扩束系统的结构，各有优缺点，不能说哪一种好，哪一种不好，在有些光学系统中，入射到伽利略系统的光斑比较小，功率密度比较大，这时候我们该采用开普勒结构，这在高功率变焦系统中经常会看到。
这里面的扩束系统能认为扩束比例并不是很大，但是它可以将高斯光分布变为平顶光分布，满足特定的激光应用，当然它也存在开普勒和伽利略两种结构，各有优缺点，除了系统长度以外，还要考虑到光学元件的可加工性，除了这个变种以外，扩束镜还能够使用反射式结构，这种结构牛顿比较倾向，因没有色差，能够正常的使用任何波长，对于宽光谱光源来讲很有用，反射式结构中又分为球面反射，非球面反射以及自由曲面反射，而反射式结构也存在多种，比如三反，四反等，要考虑装调，加工成本，有些情况还会出现椭圆
7-对于可变扩束我要强调一点，连续变倍，调焦距等情况，对于一个出色的可变扩束镜头，它应该满足以下几点
a)平滑连续变倍，b)确保每一个变倍位置和调焦位置都能满足很好的波前畸变和光束指向，倍率精度能够最终靠调节距离来补偿，但是波前精度很难通过调节做到补偿，所以在设计之初就应该考虑到，这一点大部分的厂家要提升一下，c)在高功率下要避免激光强点打到镜片表面或者外面的一些重要 的光学部件，进而影响到系统的稳定性，比如说激光器，振镜片等一些比较昂贵的光学元件上，这一点对光学工程师的设计水平要求还是有一点的，比如说伽利略结构，第一片负透镜的第一个面最好设计成曲率半径较大的凸面。d)另外一点就是高功率下的热稳定的保证，要从镀膜，设计形式，材料等着手，这对于扩束镜的考验还是蛮高的，这就是为什么很多精密仪器厂家宁愿高价买国外镜头的原因，少走弯路，不过我相信国人能做到的。
8-要灵活运用扩束的概念，比如说扩束就一定要用透镜吗，不一定，也可以用棱镜，很多半导体中为了在一个方向扩束大多采用这种方案，也能做到两个方向分别变倍扩束，这个系统就很复杂了，如下，不过多解释
9-扩束镜的结构是不是很像4f系统，如果不考虑像差等问题，他们是可以通用的，特别对于近轴光束系统，所以在某些复杂的系统中，你觉得是扩束系统，它可能是4f系统，反之亦然，你要有一个清楚的判断，如下图
10-对于一些单横模，单纵模激光光束，通过高精度的扩束系统，可以做一些精度较高的测距镜头，如下，这些要考虑到装调，加工测量方面，前后都是有距离要求的，前后的光线没有显示出来，仔细看一下，它已经看不出来是个扩束镜了，可是它实质就是一个扩束镜
