Zasnova razširjevalnika ali reduktorja snopa ni vedno pomembna za aplikacijo, vendar na izbiro lahko vplivajo dejavniki, kot so lažja poravnava in bolj intuitivna zasnova Keplerjevih naprav ter kompaktne dimenzije Galilejevih naprav. Poleg tega naprava Keplerian fokusira svetlobo med dvema lečama in nato oddaja obrnjen žarek. Galilejeva naprava ohranja usmerjenost žarka in omogoča izbiro leč za zmanjšanje količine sferične aberacije v izhodnem žarku.
Razširjevalniki in reduktorji žarkov se običajno uporabljajo samo s kolimiranimi žarki, namesto z divergentnimi žarki, in te zasnove črpajo navdih iz Keplerjevih in Galilejevih teleskopov. Zagotovljena povečava v obeh primerih je enaka goriščni razdalji izhodne leče, deljeni z goriščno razdaljo vhodne leče.
Značilnosti Keplerjevega dizajna
V najpreprostejši Keplerjevi zasnovi sta dve pozitivni leči ločeni z razdaljo, ki je enaka vsoti njunih goriščnih razdalj. Zasnova, ki temelji na Keplerjevem teleskopu, nikoli ne bo krajša od vsote goriščnih razdalj obeh leč, izhodni žarek pa je obrnjen glede na vhodni žarek.
Žarek pride v žarišče med dvema lečama. To omogoča prostorsko filtriranje žarka. Na primer, luknjičasti filter bi lahko postavili v žarišče žarka, da bi izboljšali kakovost žarka. Stran od žarišča se premer žarka širi, ko se približuje izhodni leči. Za povečanje premera kolimiranega žarka, ki ga zagotavlja izhodna leča, je treba izhodno lečo premakniti dlje od gorišča. Ker je razdalja med goriščem in izhodno lečo enaka goriščni razdalji, je za to potrebna uporaba leče z daljšo goriščno razdaljo.
Keplerjev dizajn običajno ni zaželen za visokoenergijske žarke, kot so visokozmogljivi pulzni laserski žarki, ki se uporabljajo pri nekaterih rezalnih in drugih proizvodnih aplikacijah. Fokusiranje impulzov z nanosekundnim trajanjem in optično močjo okoli ~1 MW ali več lahko na primer ionizira zrak in ustvari iskro, kar nezaželeno zmanjša moč impulza in lahko negativno vpliva na kakovost žarka.
Značilnosti galilejske zasnove
Osnovni Galilejev teleskop vključuje tudi dve leči, vendar je ena negativna, druga pa pozitivna. Leče so nameščene tako, da je razdalja med njimi enaka razliki v njihovih goriščnih razdaljah, kar ima za posledico kompaktnejšo zasnovo kot Keplerjev pristop.
Galilejev pristop je mogoče uporabiti tudi za zmanjšanje sferične aberacije, ki jo povzroči ekspander ali reduktor žarka. Vse sferične leče povzročijo sferično aberacijo, ena od posledic pa je širjenje žarišča žarka vzdolž optične osi. V primeru pozitivne sferične leče vzporedni žarki vpadajo bližje fokusu zunanjega oboda leče na točko na optični osi, ki je bližje leči, v primerjavi z vzporednimi žarki, ki vpadajo blizu središča leče. Ker ima negativna sferična leča nasprotni učinek, se lahko negativna leča v galilejski zasnovi uporabi za izničenje nekaterih sferičnih aberacij, ki jih povzroča pozitivna leča.
Ko se naprava uporablja kot razširjevalnik žarka, žarek manjšega premera vpada na negativno lečo. Divergentni žarek, ki ga zagotavlja negativna leča, se poveča v premeru, ko se približuje pozitivni leči, namesto da bi se fokusiral med dvema lečama. Ta divergentni žarek lahko opišemo kot navidezno žarišče, ki se nahaja na nasprotni strani negativne leče, kot je prikazano na sliki 2. Ker ima pozitivna leča eno goriščno razdaljo (f2) stran od tega navideznega žarišča oddaja pozitivna leča kolimirani žarek, ki ni obrnjen v primerjavi z vhodnim žarkom. Če žarek ni rotacijsko simetričen, je lahko izhodna usmerjenost žarka pomembna za aplikacijo.
Razmerje razširitve
Razširjevalniki in reduktorji snopa so zasnovani za sprejemanje in zagotavljanje kolimiranih snopov. Čeprav so žarki kolimirani, se njihovi premeri med širjenjem spreminjajo zaradi učinkov uklona. V idealnem primeru je pas vhodnega žarka nameščen eno goriščno razdaljo stran od vhodne leče, kot je prikazano na slikah 1 in 2. Pas izhodnega žarka je nato eno goriščno razdaljo stran od izhodne leče. Če pas vhodnega žarka ni eno goriščno razdaljo od vhodne leče, se lokacija pasu izhodnega žarka, premer pasu izhodnega žarka in/ali divergenca izhodnega žarka morda ne ujemajo z ocenjenimi vrednostmi.
Premer pasu obeh žarkov (2Wo) in divergenčni kot (θ) vplivajo ekspanderji in reduktorji snopa. Spremembo teh dveh parametrov žarka je mogoče oceniti z uporabo razmerja širitve žarka naprave (m). Premer pasu izhodnega žarka se izračuna z množenjem razmerja raztezanja žarka in premera vhodnega žarka. Divergenski kot izhodnega žarka se izračuna tako, da se kot divergence vhodnega žarka deli z razmerjem širitve žarka.
Ko naprava vključuje dve leči, je formula za izračun razmerja širitve žarka enaka za Keplerjev in Galilejev načrt. Razmerje širitve žarka je enako goriščni razdalji izhodne leče, deljeni z goriščno razdaljo vhodne leče.