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柱面鏡的分類及應用有哪些?
來源: 閱讀:548 發布時(shi)間:2023-01-12 10:16:13
柱面鏡的分類及應用有哪些?

  光(guang)學(xue)系統通常由透鏡、分光(guang)鏡、反射鏡、棱鏡和光(guang)闌等多種光(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)按(an)一定次序(xu)組合(he)成,通過(guo)改變光(guang)的(de)形狀、大小、能(neng)量(liang)、方(fang)(fang)向、偏振態、相位等來成像或做光(guang)學(xue)信(xin)息處理。光(guang)學(xue)元(yuan)件(jian)的(de)面(mian)(mian)(mian)形通常是球面(mian)(mian)(mian)或平面(mian)(mian)(mian)兩大類,柱面(mian)(mian)(mian)鏡屬于球面(mian)(mian)(mian)類,均使用曲(qu)面(mian)(mian)(mian)來聚焦或發散光(guang)線,但(dan)柱面(mian)(mian)(mian)鏡不同(tong)于球面(mian)(mian)(mian)鏡各向同(tong)性(xing)的(de)特(te)點,僅在一個方(fang)(fang)向上具有匯聚或發散能(neng)力,不會(hui)影(ying)響垂直方(fang)(fang)向上的(de)光(guang)線,因(yin)此是一維(wei)放(fang)大應用的(de)理想(xiang)選(xuan)擇。

柱面鏡分類

柱(zhu)(zhu)(zhu)面鏡(jing)(jing)從形(xing)狀上可分為平凸(tu)柱(zhu)(zhu)(zhu)面透鏡(jing)(jing)、平凹柱(zhu)(zhu)(zhu)面透鏡(jing)(jing)、雙(shuang)凸(tu)柱(zhu)(zhu)(zhu)面透鏡(jing)(jing)、雙(shuang)凹柱(zhu)(zhu)(zhu)面、彎月柱(zhu)(zhu)(zhu)面鏡(jing)(jing)、柱(zhu)(zhu)(zhu)交柱(zhu)(zhu)(zhu)面鏡(jing)(jing)和異形(xing)類(lei)柱(zhu)(zhu)(zhu)面透鏡(jing)(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:
d1 = 2f1(tan(θ2/2))d2 = 2f2(tan(θ1/2)),
盡管仍有少許不對稱,但這兩塊柱面鏡的簡單組合已很大程度上提升了光束質量。

 

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