扩束器
扩束器是把输入的光转成更大直径的准直光线。
和望远镜基本一致的原理
其实就是用到了望远镜的原理，回顾之前记录的望远镜，如下图所示，第一张是开普勒式，第二张是伽利略式，其中 Object Lens 是靠近物体的一侧：
扩束器相当于倒过来，入射光从 ImageLens 出发，然后通过转换，从 ObjectLens 射出，相当于完成了扩束的功能。
基本使用伽利略式
望远镜通常用开普勒式更好，而扩束器则大部分使用伽利略式。原因：开普勒式会有一个实像点，跟具体细节，以下是 DeepSeek 回答后的修改：
简单来说，根本原因是：在实像点，光能量被汇聚到理论上无限小的一个点（衍射极限），导致该点的功率密度（单位面积上的功率）高到足以摧毁一切。
一、物理机制：从能量集中到物质击穿
1. 能量的极端汇聚
- 光束直径 vs. 焦点尺寸：一束直径几毫米的激光，其能量是分布在整个横截面上的。当它通过一个理想透镜（如开普勒扩束器中的第一个透镜）后，所有光线会向焦点汇聚。
- 功率密度飙升：在焦点（实像点）附近，光束直径会缩小到微米（μm）甚至亚微米级。功率密度（功率/面积）与光束直径的平方成反比。例如，一束直径1mm、功率100W的激光，功率密度约为 \(1.3 \times 10^4 \, \text{W/cm}^2\)。如果被聚焦到直径10μm（0.001cm）的焦点，其功率密度会暴涨到约 \(1.3 \times 10^8 \, \text{W/cm}^2\)，增加了一万倍。
2. 引发的破坏性物理过程
A. 光学元件的激光损伤
这是最直接的破坏。
* 表面损伤：焦点如果落在透镜或窗口的表面（或内部的杂质、缺陷上），极高的功率密度会瞬间导致材料融化、蒸发或产生裂纹。
* 体损伤：即使焦点在空气中，靠近焦点的透镜内部材料也可能因为承受了极高的光强而发生非线性吸收或多光子电离，导致内部产生损伤点（疤痕）。一旦产生，这个损伤点会成为新的强吸收源，在后续激光脉冲下迅速扩大，最终使元件完全失效。
B. 空气击穿（光学击穿）
当焦点位于空气中时，会发生更壮观的现象。
* 过程：极高的电场强度（来源于高功率密度）将空气分子（主要是氮气、氧气）的电子直接“撕扯”下来，形成等离子体（由自由电子和离子组成的导电气体）。
* 现象：你会看到焦点处出现一个明亮的等离子火花，并伴随一声清脆的“啪”的爆裂声。
* 后果：
1. 能量屏蔽：等离子体对后续的激光能量强烈吸收和散射，相当于在光路中插入了一个不透明的屏障，导致激光无法有效传输。
2. 冲击波和碎片：等离子体的快速膨胀会产生微冲击波，可能震坏精密的镜架或污染周围光学面。
3. 诱导像差：等离子体是一个高温、密度不均匀的区域，会严重扭曲穿过它的波前，引入巨大的动态光学像差，使光束质量急剧恶化。
C. 热透镜效应（对于连续激光）
即使功率密度不足以瞬间击穿，在焦点附近的持续高能量也会导致空气或光学材料局部剧烈加热。
* 空气热透镜：空气受热膨胀，密度降低，折射率随之改变。这相当于在光路中形成了一个由热量构成的临时透镜，它会使得光束的焦点位置和形状发生漂移和畸变，系统变得极不稳定。
* 材料热变形：光学元件局部过热会因热膨胀而轻微变形，同样会引入像差。
扩束器测试
可以使用波前传感器来判断是否准直，如下图所示，完全准直的光具有平面波前。在完美的无像差透镜后发散或汇聚的光将具有球形波前。
利用一组具有相同焦距的微透镜（或称小透镜），将部分入射光聚焦到探测器上。探测器分为几个小扇区，每个微透镜有一个扇区。完美的平面入射波前会产生一个与微透镜阵列的中心到中心间距相同的焦点网格。否则，光中出现的任何波前误差都会导致探测器阵列上的聚焦点位置位移。并且后续可以通过一些计算定量分析程度。
