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深圳海納光學有限公司
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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(846)
對于軸錐鏡來說，在應用軸錐鏡時，*的是計算產(chǎn)生的貝塞爾環(huán)形斑的直徑大小，對于衍射軸錐鏡來說，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，對于計算衍射軸錐鏡所產(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算出發(fā)散角ß（從峰到峰的強度定義）：
β=2sin¯¹(λ/Λ) （Λ–衍射周期，λ–波長）
環(huán)直徑可以從幾何角度計算：
D=2*WDtan(β/2)（WD–工作距離，D –圓環(huán)直徑）
下面給出一個計算衍射軸錐鏡發(fā)散角的實例：
對于參數(shù)為：波長：355 [nm]，EFL：50 [mm]，要求獲得環(huán)直徑：0.2 [mm]，在對衍射錐透鏡選型時可以根據(jù)以下公式計算發(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)轉換，用一個波長為：355 [nm],錐角：0.25 [度],熔融石英材質的傳統(tǒng)軸錐鏡來推導出可產(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]
從以上的兩個實例以及計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的衍射軸錐鏡的發(fā)散角，而這兩個元件所產(chǎn)生的環(huán)狀光斑的直徑相同，達到了相同的效果，因此，當我們知道了傳統(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)，從而達到一個傳統(tǒng)軸錐鏡與衍射軸錐鏡的相互轉化。
對于軸錐鏡來說，衍射軸錐鏡只是將表面明顯的幾何結構轉換成了微結構，使得衍射軸錐鏡的兩個表面看起來如同兩個平面鏡，這使得兩個光學元件利用的光的性質*不同，但是卻也可以產(chǎn)生相同的效果，但這其中也會有差別。
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)，同時更輕薄也更易于集成，在對于目前更加追求精度的科學研究來說，衍射軸錐鏡雖然價格高于傳統(tǒng)軸錐鏡，但無疑衍射軸錐鏡相較于傳統(tǒng)軸錐鏡更加有優(yōu)勢。
衍射軸錐鏡典型的光學裝置搭配：
1.通過將可變擴束鏡放在衍射軸錐的前面來控制環(huán)的寬度。環(huán)的直徑保持恒定。
2. 通過將DA放在聚焦透鏡之后來控制環(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需要注意元件組裝時的對心，以及保證光線的正入射。
