Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

8.1 Gauss-strålen 69
Beam waist radius er som regel givet af laserresonatoren, og er ofte af størrelsesordenen
0,5 mm. For 532 nm giver dette en divergensvinkel på
θ0 = λ
πW0
Da stråleradius for z ≫ z0 er givet ved
= 532 nm
≈ 339 µrad
π · 0,5 mm
W (z) = θ0z (8.3)
fås, at stråleradius efter at have tilbagelagt en distance på 2 AU nu har værdien
9 m
W (z) = θ0z = 339 µrad × 2 AU × 150 · 10 ≈ 100.000 km
AU
Strålen er altså nu over 200.000 kilometer bred.
Beamekspansion
Det er tydeligt, at for at holde strålen nogenlunde velkollimeret over store afstande
er det nødvendigt at forøge strålens beam waist radius. Dette gøres vha.
en “beam expander”.
En beam expander er principielt blot et “omvendt” teleskop. I teleskopet
bringes parallelle lysstråler tættere sammen. En af de tidligste og simpleste
teleskoptyper, en refraktor bestående af to konvekse linser, får de parallelle
lysstråler til at konvergere vha. en stor, konveks linse. I et punkt inde i teleskopet
krydser lysstrålerne hinanden, hvorefter de divergerer. Kort herefter bringes de
divergerende lysstråler atter til at være parallelle vha. endnu en konveks linse.
Dette kaldes en Kepler-refraktor (se fig. 8.3.) Det er selvfølgelig også muligt at
bringe strålerne til at være parallelle, inden de krydser hinanden, vha. en konkav
linse – det kaldes en Galilei-refraktor.
Figur 8.3: Simpel Kepler-refraktor med to konvekse linser (fra [21], s. 163)
Det sidste princip udnyttes, blot vha. spejle i stedet for linser, i Cassegrainreflektoren
(se fig. 8.4.) Her bringes parallelle lysstråler til at konvergere vha.
et stort, konkavt spejl (primærspejlet), som fokuserer strålerne ind mod midten
af teleskopet. Inden strålerne krydser hinanden, rammer de et konvekst spejl