將準直光源整形成線光源

這是柱麵鏡最廣泛的應用。如下圖所示，半徑為(wei) r₀的準直光源射入一麵焦距為(wei) -f的平凹柱麵透鏡（圖片為(wei) 了更清晰地闡述原理而將光束半徑放大顯示）。光束會(hui) 以半角θ發散（θ = r₀/f）。此時，也可近似看作是位於(yu) 焦點-f處的點光源的發散。在透鏡後方距離為(wei) z的位置，雖然線光束寬度仍為(wei) 2r₀（忽略高斯光斑的發散），但其長度變為(wei)

L = 2(r₀/f)(z+f)

當z遠大於(yu) f時，擴束倍率接近z/f，線光斑長度也與(yu) z成正比。

如果需要在z處產(chan) 生寬度極窄的線光源，可以在上述平凹柱麵透鏡的前端或後端引入一個(ge) 焦距為(wei) z的平凸柱麵透鏡，並將其與(yu) 平凹柱麵鏡正交放置，從(cong) 而壓縮光束寬度。

二極管輸出光束的準直

激光二極管輸出光束以不對稱形式發散，其準直工作具有較大的挑戰性。例如，對於(yu) 發散角θ₁ x θ₂ = 10° x 40°的二極管光源，如果僅(jin) 用標準的球麵透鏡，隻能在單一方向上進行準直，另一方向則會(hui) 發生發散或匯聚。使用柱麵鏡可以將該問題分解到兩(liang) 個(ge) 一維方向，通過將相互正交的兩(liang) 塊柱麵鏡組合使用即可實現兩(liang) 個(ge) 方向同時準直。

柱麵鏡的選擇和光路搭建須遵循以下規則:

1）為(wei) 使整形後的光斑均勻對稱，兩(liang) 塊柱麵鏡的焦距比應約等於(yu) 發散角之比。

θ₁/θ₂ = 10°/40° = f₁/f₂

2）激光二極管可近似看做點光源，為(wei) 了獲得準直輸出，兩(liang) 柱麵鏡和光源的間距因分別等於(yu) 二者的焦距。

3）兩(liang) 柱麵鏡所在主平麵的間距，應該等於(yu) 二者焦距之差f₂– f₁，而兩(liang) 透鏡表麵的實際間距等於(yu) BFL₂– BFL₁。與(yu) 球麵透鏡一樣，柱麵鏡的凸麵應朝向準直光束，以盡可能減小像差。

4）因為(wei) 激光二極管輸出光束發散較快，我們(men) 需要注意確認每個(ge) 柱麵鏡上的光斑尺寸都不超出透鏡的有效通光孔徑。由於(yu) 柱麵鏡距離二極管的距離等於(yu) 其焦距，因此每個(ge) 柱麵鏡位置最大光斑寬度需遵循

d₁ = 2f₁(tan(θ₂/2))

d₂ = 2f₂(tan(θ₁/2))

舉(ju) 例說明，Newport的CKX012（f₁= 12.7 mm, BFL₁ = 7.49 mm）和CKX050（f₂ = 50.2 mm, BFL₂= 46.03 mm）柱麵鏡的組合，兩(liang) 透鏡平麵之間的間距為(wei) BFL₂– BFL₁ = 38.54 mm。第一麵柱麵鏡處的光斑直徑是

d₁ =2(12.7 mm)tan(20°) = 9.2 mm

第二麵柱麵鏡處的光斑直徑是

d₂ =2(50.2 mm)tan(5°) = 8.8 mm

盡管仍有少許不對稱，但這兩(liang) 塊柱麵鏡的簡單組合已極大地提升了光束質量。

了解柱麵鏡或更多其他產(chan) 品信息，請登錄www.newport.com