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深圳海納光學(xué)有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品： 激光護(hù)目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學(xué)元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽(yáng)能模擬器，太赫茲相機(jī)，激光測(cè)量?jī)x，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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衍射軸錐鏡與傳統(tǒng)錐透鏡的參數(shù)換算
2020-6-18 閱讀(828)
對(duì)于軸錐鏡來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用軸錐鏡時(shí)，*的是計(jì)算產(chǎn)生的貝塞爾環(huán)形斑的直徑大小，對(duì)于衍射軸錐鏡來(lái)說(shuō)，所產(chǎn)生的環(huán)形光斑直徑主要由衍射軸錐鏡的發(fā)散角定義，對(duì)于計(jì)算衍射軸錐鏡所產(chǎn)生的環(huán)形光斑直徑大小由以下公式推演：
可以從衍射光柵方程式計(jì)算出發(fā)散角ß（從峰到峰的強(qiáng)度定義）：
β=2sin¯¹(λ/Λ) （Λ–衍射周期，λ–波長(zhǎng)）
環(huán)直徑可以從幾何角度計(jì)算：
D=2*WDtan(β/2)（WD–工作距離，D –圓環(huán)直徑）
下面給出一個(gè)計(jì)算衍射軸錐鏡發(fā)散角的實(shí)例：
對(duì)于參數(shù)為：波長(zhǎng)：355 [nm]，EFL：50 [mm]，要求獲得環(huán)直徑：0.2 [mm]，在對(duì)衍射錐透鏡選型時(shí)可以根據(jù)以下公式計(jì)算發(fā)散角
β=2tan¯¹(0.2/2*50)=0.2292[deg]
衍射錐透鏡和傳統(tǒng)折射錐鏡的參數(shù)換算
相較于衍射軸錐鏡的發(fā)散角定義所產(chǎn)生的環(huán)形光斑直徑而言，折射軸錐鏡產(chǎn)生的環(huán)形光斑直徑用頂角或錐角定義，散光角與折射軸錐的錐角或頂角之間的關(guān)系有：
D=2*WDtan[(n-1)*ɑ]（WD –工作距離，D –圓環(huán)直徑）
β=2[sin¯¹(nsinɑ)-ɑ]≈2ɑ*(n-1)
Θ=180?-2ɑ（n–折射率, ɑ–底角, Θ–頂角）
為使更加明確的展示由傳統(tǒng)軸錐鏡與衍射軸錐鏡的參數(shù)轉(zhuǎn)換，用一個(gè)波長(zhǎng)為：355 [nm],錐角：0.25 [度],熔融石英材質(zhì)的傳統(tǒng)軸錐鏡來(lái)推導(dǎo)出可產(chǎn)生同樣效果的衍射軸錐鏡的發(fā)散角β:
β=2[sin¯¹(1.4761sin0.25)-0.25]≈0.238 [deg]
從以上的兩個(gè)實(shí)例以及計(jì)算公式我們可以看出，傳統(tǒng)軸錐鏡的參數(shù)同樣可以換算出相應(yīng)的衍射軸錐鏡的發(fā)散角，而這兩個(gè)元件所產(chǎn)生的環(huán)狀光斑的直徑相同，達(dá)到了相同的效果，因此，當(dāng)我們知道了傳統(tǒng)軸錐鏡的特性參數(shù)，我們*可以根據(jù)傳統(tǒng)軸錐鏡的特性參數(shù)推算出可得到相同效果的衍射軸錐鏡的特性參數(shù)，從而達(dá)到一個(gè)傳統(tǒng)軸錐鏡與衍射軸錐鏡的相互轉(zhuǎn)化。
對(duì)于軸錐鏡來(lái)說(shuō)，衍射軸錐鏡只是將表面明顯的幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成了微結(jié)構(gòu)，使得衍射軸錐鏡的兩個(gè)表面看起來(lái)如同兩個(gè)平面鏡，這使得兩個(gè)光學(xué)元件利用的光的性質(zhì)*不同，但是卻也可以產(chǎn)生相同的效果，但這其中也會(huì)有差別。
雖然衍射軸錐鏡和傳統(tǒng)折射軸錐鏡的功能基本一致，都可以產(chǎn)生用于玻璃切割的貝塞爾光束和用于激光清洗的圓環(huán)光斑。但衍射軸錐鏡在精確性要高于傳統(tǒng)折射軸錐鏡、并且衍射軸錐鏡可容納的參數(shù)范圍更大、還可以消除中心死區(qū)，同時(shí)更輕薄也更易于集成，在對(duì)于目前更加追求精度的科學(xué)研究來(lái)說(shuō)，衍射軸錐鏡雖然價(jià)格高于傳統(tǒng)軸錐鏡，但無(wú)疑衍射軸錐鏡相較于傳統(tǒng)軸錐鏡更加有優(yōu)勢(shì)。
衍射軸錐鏡典型的光學(xué)裝置搭配：
1.通過(guò)將可變擴(kuò)束鏡放在衍射軸錐的前面來(lái)控制環(huán)的寬度。環(huán)的直徑保持恒定。
2. 通過(guò)將DA放在聚焦透鏡之后來(lái)控制環(huán)直徑。環(huán)直徑將隨著衍射圖案和像面/焦平面之間的距離線性減小。
環(huán)的寬度將保持不變。
在使用衍射軸錐鏡時(shí)需要注意元件組裝時(shí)的對(duì)心，以及保證光線的正入射。
