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注:上述反射率及透过率曲线为参考值,不同批次产品之间会存在微小差异。
平凸透镜
一、定义
平凸透镜由单侧凸面和平面构成,具有正光焦度特性,广泛应用于光束聚焦、准直及图像放大系统。为优化球面像差,其入射面需根据应用场景进行选择:准直光束聚焦时应入射凸面,点光源准直时则需入射平面。该入射方式通过匹配波前曲率可有效降低像差,提升系统光学性能。

图1 平凸透镜光路参数示意图
二、特点
1、应用:扩束、成像、缩束;
2、材料:N-BK7、UVFS、CaF2;
3、尺寸:6.0 mm~75.0 mm。
三、说明
在无限共轭条件下平凸透镜的像差比双凸透镜小,在光学系统中平凸透镜对准比双凸透镜方便,且相比双凸透镜可以适当减小球差;
双凸透镜在光束汇聚、扩束等对称的光路中使用时,入射光与出射光彼此镜像,并且在共轭比为0.2~5的光学系统中,使用双凸透镜效果比平凸透镜好。
四、增透膜
增透膜是采用硬质耐热氧化物制备的光学薄膜,基于干涉相消原理实现特定波长范围的最小反射率。其光学厚度需为设计波长的1/4奇数倍(λ/4N,N为奇数),使界面反射光产生半波路径差从而实现相位抵消。LBTEK标准增透膜采用氟化镁(MgF₂)材料,具有低折射率特性(n=1.38),适用于可见近红外光波段;同时提供定制化镀膜方案以满足特殊光谱需求。
五、透镜选择
选择合适的透镜形状是减少光学像差的关键。一般情况下,当共轭比大于5:1或接近无限共轭(准直的光在镜头的一端),平凸/凹透镜或消色差胶合透镜将会是更好的选择。当有限共轭比在5:1到1:5之间时,双凸/凹透镜的使用效果会更理想。
表1 不同透镜形状的效果对比
共轭比 |
平凸 |
双凸 |
消色差 |
平凸柱面 |
平凹 |
双凹 |
平凹柱面 |
infinite |
Better |
Good |
Best |
Better |
Better |
Good |
Better |
10:1 |
Better |
Good |
Best |
Better |
Better |
Good |
Better |
5:1 |
Good |
Best |
Good |
Good |
Good |
Best |
Good |
1:5 |
Good |
Best |
Good |
Good |
Good |
Best |
Good |
六、材料选择
1、光学玻璃材料选型是系统设计的关键技术环节,需综合评估折射率(nd)与阿贝数(vd)参数组合。不同玻璃材料的透射特性与化学耐候性、热稳定性及机械强度存在显著差异,常用玻璃材料的特性详见表2。
表2 常用玻璃材料特性
材料 |
N-BK7 |
UVFS |
CAF2 |
N-SF11 |
折射率(nd) |
1.517 |
1.458 |
1.428 |
1.785 |
阿贝数(vd) |
64.17 |
67.82 |
95.31 |
25.68 |
工作波长 |
350 nm-2.0 μm |
185 nm-2.1 μm |
180 nm-8.0 μm |
420 nm-2.3 μm |
密度 |
2.51 g/cm3 |
2.203 g/cm3 |
3.18 g/cm3 |
3.2 g/cm3 |
硬度系数 |
520 kg/mm2 |
461 kg/mm2 |
158.3 kg/mm2 |
615 kg/mm2 |
杨氏模量 |
82 GPa |
73.6 GPa |
75.8 GPa |
92 GPa |
泊松系数 |
0.206 |
0.17 |
0.26 |
0.257 |
热膨胀系数 |
7.1×10-6/℃ |
0.55×10-6/℃ |
18.85×10-6/℃ |
8.5×10-6/℃ |
热容量 |
0.858 J/(g.K) |
0.736 J/(g.K) |
0.854 J/(g.K) |
0.710 J/(g.K) |
熔点 |
550 ℃ |
1585 ℃ |
1418 ℃ |
592 ℃ |
2、LBTEK 各透镜标准品可提供的玻璃材料见下表3,除下表所示外,LBTEK 还提供不同材质、尺寸以及膜系的产品定制服务,如有特殊需求请联系LBTEK技术支持。
表3 LBTEK 透镜标准品可提供的材料
透镜类型 |
N-BK7 |
UVFS |
CAF2 |
N-SF11 |
平凸透镜 |
√ |
√ |
√ |
|
双凸透镜 |
√ |
√ |
√ |
|
平凹透镜 |
√ |
√ |
√ |
√ |
双凹透镜 |
√ |
|
|
√ |
消色差胶合透镜 |
√ |
|
|
|
柱面透镜 |
√ |
|
|
|
弯月透镜 |
√ |
|
|
|


该应用选取LBTEK标准平凹透镜和平凸透镜组合搭建激光扩束系统。从光纤中输出的准直激光,依据光束放大倍数Ratio=D/d,选择平凹、平凸透镜的焦距。按照示意图所示f1、f2焦距关系需满足Ratio=D/d=f2/f1才能达到扩束效果,如果需要缩小光束,则光路示意图中光路反向,同时透镜焦距比满足Ratio=d/D=f1/f2。光路系统中,采用LBTEK标准的透镜安装架、接杆支架和底座,顶部用标准的Ø6mm接杆确保两透镜光轴高度一致。