Thorlabs 模壓玻璃非球面透鏡 未鍍膜
非球面透鏡在聚焦或準(zhǔn)直光時(shí)不會(huì)在透射波前中引入球差。對(duì)于單色光源，球差往往是限制單個(gè)球面透鏡在聚焦或者準(zhǔn)直光時(shí)達(dá)到衍射 ji 限 性能的因素。
Thorlabs 模壓玻璃非球面透鏡 未鍍膜
產(chǎn)品介紹
模壓玻璃非球面透鏡：未鍍膜
非球面透鏡在聚焦或準(zhǔn)直光時(shí)不會(huì)在透射波前中引入球差。對(duì)于單色光源，球差往往是限制單個(gè)球面透鏡在聚焦或者準(zhǔn)直光時(shí)達(dá)到衍射 ji 限 性能的因素。因此，非球面透鏡經(jīng)常是許多應(yīng)用中 zui 好 用的單光學(xué)元件，包括對(duì)光纖或激光二極管的輸出光進(jìn)行準(zhǔn)直、將光耦合到光纖中、空間濾波以及將光束成像在探測(cè)器上。
所有這些模壓玻璃透鏡都可以預(yù)先安裝在303無(wú)磁不銹鋼外殼中，外殼上刻有方便識(shí)別的產(chǎn)品型號(hào)。這些已安裝版本帶有公制螺紋，方便集成到光學(xué)裝置或者OEM應(yīng)用中。通過使用非球面透鏡轉(zhuǎn)接件，已安裝非球面透鏡能夠直接兼容我們的SM1系列透鏡套管。它們與顯微物鏡轉(zhuǎn)接件延伸套管組合使用時(shí)，能夠直接替換多元件顯微鏡物鏡。
如果使用未安裝非球面透鏡來準(zhǔn)直點(diǎn)光源或者激光二極管時(shí)，應(yīng)將曲率半徑較大的一面(即更平坦的一面)朝向點(diǎn)光源或者激光二極管。如果使用已安裝非球面透鏡對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直時(shí)，將外殼上帶有外螺紋的一側(cè)面向光源。
我們使用多種光學(xué)玻璃生產(chǎn)模壓玻璃非球面透鏡，從而達(dá)到需要的性能。模壓工藝會(huì)使這些玻璃的屬性(比如阿貝數(shù))稍微偏離玻璃生產(chǎn)商給出的數(shù)據(jù)。
Aspheric Lens Selection Guide |
Uncoated |
350 - 700 nm (-A Coating) |
600 - 1050 nm (-B Coating) |
1050 - 1700 nm (-C Coating) |
1.8 - 3 µm (-D Coating) |
3 - 5 µm (-E Coating) |
8 - 12 µm (-F Coating) |
405 nm V-Coating |
1064 nm V-Coating |
Thorlabs 模壓玻璃非球面透鏡 未鍍膜
光纖耦合
如何選擇透鏡
一般使用非球面透鏡將直徑為1到5 mm的入射光耦合到單模光纖中。下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來說明選擇正確的透鏡需要考慮的主要規(guī)格。
實(shí)例：
光纖：P1-630A-FC-2
透過透鏡前的準(zhǔn)直光束直徑：?3 mm
查看P1-630A-FC-2, 630 nm, FC/PC單模光纖跳線的規(guī)格知其模場(chǎng)直徑(MFD)為4.3 μm。該規(guī)格需要滿足下面方程計(jì)算出的衍射 ji 限 光斑大小：
這里，f是透鏡的焦距，λ是入射光的波長(zhǎng)，D是入射在透鏡上的準(zhǔn)直光的直徑。換算求解準(zhǔn)直透鏡的焦距，得到
Thorlabs提供大量已安裝和未安裝的非球面透鏡。焦距 zui 接近 16 mm的非球面透鏡的焦距為15.29 mm(產(chǎn)品型號(hào)352260-B或A260-B)。該透鏡的通光孔徑也大于準(zhǔn)直光的直徑。因此，這個(gè)非球面透鏡是符合以上參數(shù)要求(即P1-630A-FC-2單模光纖和3 mm準(zhǔn)直光束直徑)的zui 佳 選擇。另外，聚焦光束的光斑應(yīng)該小于單模光纖的模場(chǎng)直徑時(shí)，才能獲得 zui 佳 的耦合。這樣，如果沒有 wan 全 匹配的非球面透鏡，可以選擇焦距比計(jì)算結(jié)果更小的非球面透鏡。如果非球面透鏡的通光孔徑足夠大，也可以在通過非球面透鏡之前對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，這樣可以減小聚焦光斑的大小。
透鏡公式
透鏡設(shè)計(jì)公式
正半徑指頂點(diǎn)在中心的左側(cè)
負(fù)半徑指頂點(diǎn)在中心的右側(cè)
準(zhǔn)直教程
為激光二極管選擇準(zhǔn)直透鏡
由于激光二極管的輸出光是高度發(fā)散的，因此需要使用準(zhǔn)直光學(xué)元件。由于非球面透鏡不會(huì)引入球差，因此如果準(zhǔn)直光束在1到5 mm之間，一般都選擇非球面透鏡。下面通過一個(gè)示例說明，為特定應(yīng)用選擇正確透鏡時(shí)需要考慮的主要規(guī)格。
示例：
使用的激光二極管：L780P010
所需準(zhǔn)直光束直徑：?3 mm(長(zhǎng)軸)
選擇準(zhǔn)直透鏡時(shí)，bi 須 了解所用光源的發(fā)散角和所需的輸出直徑。L780P010激光二極管的規(guī)格表明，其典型的水平和垂直FWHM光束發(fā)散角分別是10°和30°。因此，隨著光不斷發(fā)散，會(huì)形成橢圓光束。為在準(zhǔn)直過程中收集盡可能多的光，任何計(jì)算中應(yīng)使用兩個(gè)發(fā)散角中的較大角(本示例為30°)。如要要將橢圓光束變成圓形光束，我們建議使用能夠在一維方向放大光束的變形棱鏡對(duì)。
? = 光束直徑 Θ = 發(fā)散角
假設(shè)透鏡的寬相較于曲率半徑可忽略不計(jì)，那么可以使用薄透鏡近似確定非球面透鏡的焦距。假設(shè)發(fā)散角為30°(FWHM)，所需光束直徑為3 mm：
f = 焦距
請(qǐng)注意，焦距一般不等于光源和透鏡之間所需的距離。
根據(jù)已知信息，即可選擇合適的準(zhǔn)直透鏡。Thorlabs提供大量非球面透鏡以供選擇。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，非常適合使用鍍B增透膜且焦距接近5.6 mm的模壓玻璃非球面透鏡。C171TMD-B(已安裝)或354171-B(未安裝)非球面透鏡的焦距都是6.20 mm，所以產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束直徑(長(zhǎng)軸)為3.3 mm。接下來，檢查激光二極管的數(shù)值孔徑(NA)是否小于透鏡NA：
0.30 = NALens > NADiode ≈ sin(15°) = 0.26
我們?cè)诖耸褂玫亩际荈WHM光束直徑表征光束。但是，實(shí)際中使用1/e2光束直徑更佳。對(duì)于高斯光束輪廓，1/e2直徑約為FWHM直徑的1.7倍。因此，1/e2直徑能夠收集更多的激光二極管輸出光(傳輸更大的功率)，并且 zui 大 程度地減小遠(yuǎn)場(chǎng)衍射(阻擋更少的入射光)。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可選擇NA是激光二極管NA兩倍的透鏡。比如，可以使用A390-B或A390TM-B，它們的NA是0.53，大于激光二極管NA近似值(0.26)的兩倍。這些透鏡的焦距都是4.6 mm，所以長(zhǎng)軸準(zhǔn)直光束直徑約為2.5 mm。總而言之，使用焦距短的準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直光束直徑小，光束發(fā)散角大，而使用焦距長(zhǎng)的準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直光束直徑大，發(fā)散角小。
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