柱面鏡的分類及應用有哪些？

來源(yuan)：閱讀：548 發布(bu)時間：2023-01-12 10:16:13

光(guang)(guang)學系統通常由透鏡、分(fen)光(guang)(guang)鏡、反射(she)鏡、棱鏡和光(guang)(guang)闌等多種光(guang)(guang)學元件(jian)(jian)按(an)一定次(ci)序(xu)組(zu)合成，通過改變(bian)光(guang)(guang)的(de)形(xing)狀、大小、能(neng)量、方向、偏(pian)振態(tai)、相(xiang)位等來(lai)成像或(huo)(huo)做光(guang)(guang)學信息處理。光(guang)(guang)學元件(jian)(jian)的(de)面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)通常是球面(mian)(mian)(mian)(mian)或(huo)(huo)平面(mian)(mian)(mian)(mian)兩(liang)大類，柱面(mian)(mian)(mian)(mian)鏡屬于球面(mian)(mian)(mian)(mian)類，均使用(yong)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)來(lai)聚(ju)焦或(huo)(huo)發(fa)散光(guang)(guang)線，但柱面(mian)(mian)(mian)(mian)鏡不同于球面(mian)(mian)(mian)(mian)鏡各(ge)向同性(xing)的(de)特點(dian)，僅在一個方向上具有匯聚(ju)或(huo)(huo)發(fa)散能(neng)力(li)，不會影響垂直方向上的(de)光(guang)(guang)線，因(yin)此是一維放大應用(yong)的(de)理想(xiang)選擇。

柱面鏡分類

柱面鏡(jing)從(cong)形(xing)狀上可分為平(ping)凸(tu)柱面透(tou)鏡(jing)、平(ping)凹柱面透(tou)鏡(jing)、雙(shuang)凸(tu)柱面透(tou)鏡(jing)、雙(shuang)凹柱面、彎月(yue)柱面鏡(jing)、柱交柱面鏡(jing)和異形(xing)類柱面透(tou)鏡(jing)等。

柱面鏡的應用

柱面透鏡在激光束的控制和整形中起著重要的作用，用于激光片成形和將橢圓光束環形化；或用于以調節圖像高度大小，成像系統中校正像散。廣泛應用于電影攝放系統、傳真機和印刷排版的掃描成像系統，醫療領域的胃鏡、腹腔鏡，汽車領域的車載視頻系統；以及線性探測器照明，條形碼掃描，全息照明，光信息處理，計算機，激光發射等領域。

1、整形

顧名思義，將準直光源整形成線光源是柱面鏡較廣泛的應用。如下圖所示，半徑為r0的準直光源射入一面焦距為-f的平凹柱面透鏡；光束以半角θ發散（θ = r0/f），也可近似看作是位于焦點-f處的點光源的發散。在透鏡后方距離為z的位置，雖然線光束寬度仍為2r0（忽略高斯光斑的發散），但其長度變為：

L = 2(r0/f)(z+f)，當z遠大于f時，擴束倍率接近z/f，線光斑長度也與z成正比。

如果需要在z處產生寬度極窄的線光源，可以在上述平凹柱面透鏡的前端或后端引入一個焦距為z的平凸柱面透鏡，并將其與平凹柱面鏡正交放置，從而壓縮光束寬度。

2、準直

激光二極管輸出光束以不對稱形式發散，如果使用標球面透鏡，只能在單一方向上進行準直，另一方向則會發生發散或匯聚。使用柱面鏡可以將該問題分解到兩個一維方向，通過將相互正交的兩塊柱面鏡組合使用即可實現兩個方向同時準直。如下圖所示，當兩塊柱面鏡的焦距比應約等于發散角之比；兩柱面鏡和光源的間距分別等于二者的焦距；兩柱面鏡位置max光斑寬度需滿足：