扩大激光束能否有效产生更小的光束尺寸？

扩束器可将具有较小束腰和较大发散角的输入光束转换为具有较大束腰和较小发散角的输出光束，因此与输入光束相比，远离扩束器的输出光束可具有更小的直径。由于衍射效应，光束直径不会随距离增加而保持恒定。束腰较小的光束具有较高的光束发散度，因此可使用扩束器增加束腰直径，以降低远离束腰传播时光束直径增加的速率。扩束器通常用于减少光束发散角并确保光束直径在远离输出束腰处不会超过指定的限制。

图1：输入光束的束腰直径小于输出光束。但是，相较于较大输出光束，较小输入光束的直径会以高得多的速率变化。图示的有限范围内，输入光束直径大于输出光束直径。

图2：光束在远离束腰的地方具有几乎恒定的发散角。如文中所述，此角度(θ )可以使用两个光束直径的测量值(D₂ 和D₁)来估算，这两个测量位置远离束腰并且间距已知(Δz )。 

扩束器(缩束器)
扩束器(缩束器)可接收具有某一束腰直径的准直光束，并产生具有不同束腰直径的准直光束。扩束比或放大倍率(m )与扩束器的输入(2W_o )和输出(2W'_o)束腰直径有关(图1)：

图中装置为扩束器，m > 1时可提供扩大的输出束腰。若输出束腰缩小，则此装置为缩束器且m < 1。

测量输入和输出束腰位置处的光束截面可估算束腰直径。制造商通常会指定输出束腰位置，但如果未提供，则可以使用靠近扩束器输出端的光束直径测量值来近似束腰直径。

光束发散角
激光束的直径在其束腰处最小。远离束腰后，光束直径会因衍射效应而增加，这种增加速率就是光束的发散角。发散角在远离束腰后近似恒定(图2)。此发散角(θ )的弧度估计值为：

此值可以根据波长()和束腰直径，或根据间距已知(Δz )的两个光束直径测量值(D₁和D₂ )来计算。两个光束直径的测量位置应远离束腰，即远在瑞利距离之外。

输入到扩束器(缩束器)与扩束器(缩束器)输出的光束发散角的变化可以使用扩束比(m )来估算。当扩束器将束腰直径改变m倍时，远离束腰后的发散角按1/m的系数变化，

其中θ_in 和θ_out分别是输入光束和输出光束(远离束腰位置)的发散角。

使用扩束器(m > 1)时，相较于输入光束，输出束腰直径扩大(W_o' > W_o )，输出发散角缩小(θ_out < θ_in )。由于输出光束的发散角减小，扩束器常用于使自由空间光束能够传播更远的距离，而不会超过应用规定的最大光束直径。

使用缩束器(m < 1)时，相较于输入光束，输出束腰直径减小(W_o' < W_o )，输出发散角增大(θ_out > θ_in )。因此，输出光束直径在靠近缩束器的输出端会更小，但随着光束传播，光束尺寸会以比输入光束更快的速率增加。使用缩束器时，必须沿光轴检查输出光束直径，以确保光束不超过应用可接受的最大光束尺寸。

防止光束削波
靠近扩束器的输出光束直径通常为输出束腰直径的良好近似值。远离束腰后，光束直径会增加，可能产生光束削波或其他意外影响。

在系统设计阶段，计算输出束腰临界距离(z )处的光束直径(D )估计值非常有用。

来自：thorlabs