深入了解錐透鏡
什么是錐透鏡?
錐透鏡是一種圓錐棱鏡,，由其α角和頂角定義。聚光透鏡可以將光聚焦在光軸上的某一點(例如,，平凸(PCX),，雙凸(DCX)或非球面透鏡) 。與之不同,，錐透鏡可以將光聚焦到光軸上的多個點（圖1）,。錐透鏡產(chǎn)生的光束穿過光軸，當錐透鏡到圖像距離增大時,，所形成的光環(huán)直徑也將增大,，而光環(huán)的厚度保持不變,。該光束具有貝塞爾光束的特性，沿光束傳播方向的光強分布不會發(fā)生改變,。
圖1: 用錐透鏡聚光
錐透鏡的貝塞爾光束特性
與隨距離增長而發(fā)散的高斯光束不同,，貝塞爾光束是非衍射光束，它在傳播時能保持光強分布不變,。雖然的貝塞爾光束需要無限的能量才能產(chǎn)生,，但錐透鏡可以在其焦深（DOF）范圍內(nèi)產(chǎn)生與之非常近似的非衍射特性。 DOF這個函數(shù)包括錐透鏡的入射光半徑（R）,，錐透鏡的折射率（n）和α角（α）：
如上所述,，光環(huán)的厚度（t）保持恒定，并且很容易確定,；它相當于初始光束的半徑或初始光束直徑的一半（db）：
光環(huán)的直徑與距離成比例,；隨著透鏡輸出端到像的距離（L）的增長，光環(huán)的直徑（dr）將增加,，距離減小,，直徑也隨之減小。如等式3所示,，光環(huán)的直徑與長度的兩倍,，以及折射率（n）和α角（α）乘積的正切值有關(guān)。
圖2和3是綠色激光通過錐透鏡對焦后所成的真實圖像,；這兩張圖反應(yīng)了錐透鏡的直徑與距離成比例,，而光環(huán)厚度保持不變的特性。 在圖2中,，錐透鏡的L = 228.6mm,，在圖3中，L = 355.6mm,。輸入光束直徑為4mm的激光,，127mm×127mm白平衡板，以及擁有20°α角的錐透鏡一起生成了圖像,。圖2和圖3中,，光環(huán)的厚度始終保持2mm，而當錐透鏡輸出端和圖像之間的距離從L = 228.6mm增加到L = 355.6mm時,，光環(huán)直徑也從73.66mm增加到114.3mm,。
圖2: L = 228.6mm時，綠色激光通過錐透鏡的成像
圖3: L = 355.6mm時,，綠色激光通過錐透鏡的成像
錐透鏡的應(yīng)用
錐透鏡的特性使其適用于多種研究和醫(yī)療應(yīng)用,。例如，錐透鏡有助于改進激光角膜手術(shù)，這是一種用于矯正視力的外科手術(shù),，利用激光來灼燒角膜組織以校正眼睛的屈光狀態(tài),。錐透鏡將激光束聚焦為光環(huán), 用來蒸發(fā)角膜組織，而且過程更為平滑,。該應(yīng)用采用負錐透鏡和正錐透鏡,，通過控制兩個錐透鏡之間的距離來調(diào)節(jié)光環(huán)直徑以適應(yīng)患者和外科醫(yī)生的需要。
錐透鏡也適用于光學捕獲,，使用激光產(chǎn)生吸引力和排斥力以便操縱微粒和細胞,。錐透鏡產(chǎn)生的光環(huán)可以用作排斥墻，將微粒捕獲在較暗的光束內(nèi)部區(qū)域中,，非常適用于捕獲粒子這類應(yīng)用,。
使用光學部件與錐透鏡
為了獲得貝塞爾光束，必須將錐透鏡和激光準直,，使激光束沿著錐透鏡的光軸傳播,。為了實現(xiàn)準直和精度要求，要用到很多光學部件,，包括激光,，擴束鏡，透鏡安裝座以及接桿和接桿支架,。例如,，擴束鏡可以準直入射激光并減少其發(fā)散度,，使得錐透鏡可以地創(chuàng)建環(huán)形光束,，光學透鏡安裝座可以將錐透鏡牢牢固定起來，并提供微米或亞微米級的自由度調(diào)整及準直,。
將沿光軸傳播的光束聚焦,，錐透鏡創(chuàng)建了近似貝塞爾光束。雖然光環(huán)直徑會隨著錐透鏡和圖像之間的距離成比例地增大和減小,，但是光環(huán)厚度保持不變,。錐透鏡非常適用于需要環(huán)形激光輸出的測量和準直，以及研究和醫(yī)療應(yīng)用,。
10
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務(wù)