平板锥透镜

  • 参数规格
  • 技术说明
产品说明
  • 光学元件材质:液晶聚合物/N-BK7
  • 生成贝塞尔强度分布光束/环形光束
  • 超高角度精度、无热敏性
  • 平板结构,适用于紧凑型光学系统
  • 提供多种定制服务

     LBTEK平板锥透镜是一种基于液晶聚合物的衍射光学原理实现光束整形的平板光学元件,采用三明治结构,由聚合物薄膜和两片N-BK7窗口片组成,聚合物薄膜上的径向周期性相位分布实现光束整形功能。锥透镜常用于生成贝塞尔强度分布光束或环形光束,衍射型锥透镜通过设计径向相等相位周期可以实现与折射型锥透镜具有相同的光学特性,同时拥有比传统折射锥透镜更加紧凑、纤薄的外形,有利于复杂光学系统的简化与集成。平板锥透镜作为衍射元件,其衍射角满足sinθ=λ/p,为偏转角,为波长,为沿径向的周期。平板锥透镜属于偏振相关元器件,入射圆偏振光,出射的光束具有与入射圆偏振光相反的旋向,比如入射左旋圆偏振光,出射光束为右旋圆偏振光,当入射为线偏振光(左旋圆偏振光+右旋圆偏振光),其左右旋圆偏振分量经平板锥透镜调制后分别获得聚焦、发散的锥形相位,并分别聚焦后发散以及直接发散,在远场形成双光环。通过设计不同的相位周期及延迟量,能够灵活控制出射光束的偏转角及工作波长。LBTEK提供通光孔径Ø20.0 mm,设计波长532 nm、633 nm、1064 nm,偏转角0.5°、1°、2°的标准平板锥透镜。除了标准的平板锥透镜,LBTEK还提供多种定制服务,包括定制特殊基底、尺寸、设计波长、偏转角等指标,具体定制需求,请联系LBTEK技术支持。

示意图
通用参数
光学元件材质
液晶聚合物/N-BK7窗口片
通光孔径
Ø20.0 mm
光学元件直径
Ø25.4 mm
厚度
3.2 mm
零级光占比
<4%
透过率
>96%@工作波长
表面光洁度(划痕/麻点)
60/40

平板锥透镜

一、定义:

锥透镜是一种用于生成贝塞尔强度分布的光束或环形光束的光学元件。传统的锥透镜通常由一个平面和一个圆锥面组合而成,是一种折射型光学元件。与之相比,平板锥透镜没有圆锥顶点,入射的准直光束在经过该元件后直接获得锥形相位,并通过衍射作用形成环形光束,是一种衍射光学元件(DOE)。

该衍射型平板锥透镜是基于液晶分子快轴取向对入射的准直光束进行相位调制。目标锥形相位可表示为:

上式中,r为元件平面空间坐标,d表示锥形相位的周期,用于控制产生的环形光束的半径。相位调制作用通过几何相位的形式施加,因此液晶分子快轴的方位角为相位的一半,即:

衍射型的设计可以实现极精细锥角(等效锥角)的锥形相位以及较大的参数范围,同时使其具有比传统折射锥透镜更加紧凑、纤薄的外形,有利于复杂光学系统的简化与集成。

二、特点:

1. 零级光占比<4%;

2. 工作波长可设计;

3. 光束偏转角可设计;

三、说明:

(1)平板锥透镜的偏振特性

该平板锥透镜基于几何相位原理,在不同偏振入射情况下:

(a)     当入射光为右旋圆偏振光时,经平板透镜调制后偏振态转变为左旋圆偏振,并携带聚焦锥形相位,经聚焦形成一段无衍射区域,在该区域内生成的光束具有贝塞尔光束特性,继续传输将形成环形光束。                                                                 

(b)    当入射光为左旋圆偏振光时,经平板透镜调制后偏振态转变为右旋圆偏振,并携带发散锥形相位,经衍射后直接形成环形光束。

(c)     当入射光为线偏振光时,其左右旋圆偏振分量经平板锥透镜调制后分别获得聚焦、发散的锥形相位,并分别聚焦后发散以及直接发散。

(d)    当入射光为椭圆偏振光时,其左右旋圆偏振分量具有不同的振幅,透射光衍射过程与线偏振入射时相同,但其强度与椭圆度相关。

(e)     当入射光为非偏振光时,为上述所有情况的叠加。

(2) 出射光偏转角与相位结构周期的关系:

在理想情况下,光束正入射时,根据光栅衍射公式

其中为偏转角,λ为波长,p为沿径向的周期,不同周期对应的偏转角为:

(3)无衍射距离:

右旋圆偏振光经过平板锥透镜后,光束沿径向发生偏转并聚焦形成一段无衍射区域,该区域中将产生具有贝塞尔光束特性的光束。该光束的最大无衍射距离与入射光及平板锥透镜参数相关,可表示为:

其中D为入射光束直径,θ为光束偏转角。在无衍射距离\( Z_{max} \) 内,光束的能量在长距离上聚焦在一个小而细长的区域中,因此可以获得比高斯光束更高的能量集中度以及更长的焦深。

(4)环型光束直径:

经过衍射锥透镜后产生的环形光斑直径主要由偏转角定义。当入射光为右旋圆偏振光时,根据几何关系可以计算得到环形光束直径为

其中D'为光束直径,WD为工作距离,根据该公式可以求出不同工作距离下的环形光束直径。

(5)零级光强占比:

激光器的出射光为准直线偏光时,正入射条件下,旋转1/4波片,使1/4波片的快轴方向与入射光的偏振方向成45°,得到左旋圆偏振光,此时透过平板锥透镜之后得到环形光束。这时测处的光强记为\( I_{1} \) ,测处的光强记为\( I_{2} \) ,则零级光强占比为:

平板锥透镜
  • 光学元件材质:液晶聚合物/N-BK7窗口片
  • 偏转角:0.5°、1.0°、2.0°
  • 工作波长:532 nm、633 nm、1064 nm
  • 通光孔径:Ø20.0 mm

LBTEK平板锥透镜制作于N-BK7窗口片上,双层衬底,在整个通光孔径内具备相同的相位延迟量,即为工作波长的λ/2。LBTEK 提供通光孔径Ø20 mm,设计波长532 nm、633 nm、1064 nm,偏转角0.5°、1°、2°的标准平板锥透镜。除了标准的平板锥透镜,LBTEK还提供多种定制服务,包括定制特殊基底、尺寸、设计波长、偏转角等指标,具体定制需求,请联系LBTEK技术支持。

偏光显微镜下平板锥透镜结构图
产品型号 工作波长 偏转角 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
PBA25-532-05 532 nm 0.5° Ø20.0 mm
¥3250 当天
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PBA25-633-05 633 nm 0.5° Ø20.0 mm
¥3250 4周
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PBA25-1064-05 1064 nm 0.5° Ø20.0 mm
¥3250 4周
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PBA25-532-10 532 nm 1.0° Ø20.0 mm
¥3250 当天
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PBA25-633-10 633 nm 1.0° Ø20.0 mm
¥3250 4周
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PBA25-1064-10 1064 nm 1.0° Ø20.0 mm
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PBA25-532-20 532 nm 2.0° Ø20.0 mm
¥3250 当天
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PBA25-633-20 633 nm 2.0° Ø20.0 mm
¥3250 当天
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PBA25-1064-20 1064 nm 2.0° Ø20.0 mm
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