平板微透镜阵列

  • 参数规格
  • 曲线
  • 技术说明
  • 应用案例
产品说明
  • 用于激光匀束、光束整形
  • 偏振相关,入射光束中的右旋或左旋圆偏振光分量,经过微透镜单元后发散或会聚,且出射光圆偏振态与入射光圆偏振态相反
  • 平板器件,衍射原理
  • 单波长,无球差
  • 提供多种定制服务

     LBTEK平板微透镜阵列是一种基于液晶聚合物的衍射光学原理实现激光匀束、光束整形的平板光学元件,由聚合物薄膜和单片N-BK7窗口片组成,利用液晶聚合物薄膜上的阵列式相位分布实现微透镜阵列功能。其出射光束形态与微透镜单元的各项参数相关,通过调整微透镜单元的相位周期及轮廓,能够灵活控制出射光束的发散角大小和光斑形状,实现多种不同形状及大小的激光匀束和光束整形需求。该器件与入射光偏振态相关,控制入射光为右旋或左旋圆偏振光,可使光束经过单元透镜后产生发散或会聚,基于衍射原理,单元透镜发散或会聚角遵循sinθ=λ/p,λ为设计波长,p为单透镜径向相位周期。同时,微透镜阵列为单波长设计,无球差,入射面镀有增透膜,具有较高的透过率和衍射效率,在波前传感、光聚能、光整形等多种系统中可得到广泛应用,在光信息处理、光互连、光计算、图像扫描仪、光场相机、医疗器械、3D成像和显示等领域中,有巨大发展潜力。LBTEK提供尺寸Ø25.4 mm,微透镜单元焦距为5 mm、50 mm,出射光束形状为方形,工作波长为532 nm、633 nm、850 nm的标准微透镜阵列,除此之外,LBTEK还提供多规格定制服务,包括特殊尺寸、工作波长、射束发散角、射束轮廓等指标。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
增透膜
Ravg<0.5%@工作波长
光学元件直径
Ø25.4 mm
出射光束形状
正方形
厚度
1.6 mm
衍射效率
>98%
通光孔径
15 mm×15 mm
工作温度
-20℃-60℃
微透镜单元尺寸
300 μm×300 μm
表面光洁度(划痕/麻点)
60/40

入射光斑与焦平面处的点阵能量分布对比,左旋圆偏振光入射

Comparison of energy distribution between incident light and spot array at focal plane

 

液晶聚合物微透镜阵列

一、定义

LBTEK液晶聚合物微透镜阵列(MLA)是一种基于液晶聚合物的衍射光学原理实现激光匀束、光束整形的平板光学元件,由聚合物薄膜和单片N-BK7窗口片组成,聚合物薄膜上的阵列式相位分布实现MLA功能。其出射光束形态与微透镜单元的各项参数相关,通过调整微透镜单元的相位周期及轮廓,能够灵活控制出射光束的发散角大小和光斑形状,实现多种不同形状及大小的激光匀束和光束整形需求。

1. 微透镜单元轮廓与射束形状

   MLA中微透镜单元的轮廓决定了其出射光束的形状。

2. 微透镜单元相位周期与射束发散角

MLA中微透镜单元的边缘相位周期决定了其出射光束的发散角。

 

此处所说的微透镜单元边缘相位周期,指微透镜单元外切圆圆周处的相位周期。

3. MLA的偏振特性

对于理想的MLA:

l  当入射光为非偏振光或线性偏振光时,其匀光射束由±1级出射光组成,且±1级出射光分别为发散的左旋圆偏振光和会聚的右旋圆偏振光;

l  当入射光为右旋圆偏振光时,其匀光射束由+1级出射光组成,为发散的左旋圆偏振光;

l  当入射光为左旋圆偏振光时,其匀光射束由-1级出射光组成,为会聚的右旋圆偏振光;

l  当入射光为椭圆偏振光时,其匀光射束由±1级出射光组成,且±1级出射光光强比值与入射光椭偏度相关。

MLA的偏振特性可以帮助实现对于偏振态有特定要求的光束整形场景。实际的MLA在使用时会存在除±1级以外的其他衍射光,但其他各级衍射光的能量之和小于2%

二、特点

1.   衍射效率>98%

2.   工作波长可设计

3.   出射光束发散角可设计

4.   出射光束轮廓形状可设计

三、说明

1. 出射光束发散角与微透镜单元边缘相位周期的关系

理想情况下,正入射时,MLA出射光束发散角θ(半角)与微透镜单元边缘相位周期(外切圆圆周处相位周期)p0及工作波长λ的关系为:

当光束入射方向为斜入射,MLA出射光束发散角会随斜入射角度的改变而发生变化。

2. 出射光束发散角测量方法

 

 

如图,MLA到光束截面处的距离为L,光束截面上所截得的光斑的外切圆直径为D,出射光束发散角为θ。根据三角关系:

即可得到出射光束发散角大小。

3.
出射光束发散角与微透镜单元焦距、F数的关系

由图,分析微透镜单元边缘处的会聚光线,根据三角关系:

其中,θ为出射光束发散角,d为微透镜单元外切圆直径,f为微透镜单元焦距,F#为微透镜单元F数。

 

1.光束整形:

MLA中微透镜单元的轮廓决定了其出射光束的形状;MLA中微透镜单元的边缘相位周期决定了其出射光束的发散角。


2.激光匀束:

 

激光光源经过扩束准直后,平行入射。平行入射的激光束,打在第一面MLA上,经过每个子单元的聚焦,重新形成阵列排布的焦点。可近似地将入射的光束,看成对应于透镜阵列的光束簇阵列。重新聚焦后的多个小光束相互叠加,基于阵列排布的对称性,也即出射小光束的对称性,小光束的不均匀性相互抵消,最终在接收屏幕上形成均匀的目标光斑。


3.光纤耦合:

光源入射到单元MLA后,其中的右旋圆偏振分量发生会聚,聚焦于一点。整个光束入射到MLA,便在焦平面上形成点阵。焦平面位置即为光纤阵列安装位置,每个光点由此入射到对应的光纤中,在光纤内进行传输。

 4.波前传感:

待测波前经过MLA后,整个光束分化成若干局部光束,并各自携带了相应的斜率信息,通过探测该信息,能够实时测量光强、位相、像差、 PST MTF 和其它参数。

5.光场相机:

光线通过主镜头后,打到MLA上,并再次成像。置于MLA后的像素,尽管仍然只记录了光线的强度信息,但却因其相对于某个微透镜的位置而记录了光线的方向信息。这样,通过利用微透镜阵列和光电传感器,便记录了通过主透镜的所有光线。在后期处理时,只需要对光线重新追迹即可完成重聚焦。光场相机相当于直接记录了四维光场,不同焦深的图像只不过是在做不同情况下的二维积分。

平板微透镜阵列
  • 材质:液晶聚合物/N-BK7窗口片
  • 工作波长:532 nm、633 nm、850 nm
  • 焦距:5 mm、50 mm
  • 通光孔径:15 mm×15 mm

LBTEK平板微透镜阵列制作于N-BK7窗口片上,单层衬底,窗口片一侧为液晶聚合物薄膜,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1/2,另一侧镀有增透膜,建议从增透膜一侧入射。其出射光束形态与微透镜单元的各项参数相关,标准产品出射光束形状为正方形。LBTEK提供多种定制服务,具体定制需求,请联系技术支持。
温馨提示:
● 该产品为单层保护衬底,请注意区分产品增透膜面(即入射面)与液晶聚合物面,“V”型标记尖端指向的面为液晶聚合物面;
● 请避免与液晶聚合物面发生剐蹭、摩擦等任意形式的物理接触;
● 切忌用酒精、水、丙酮等擦拭液晶聚合物面,如需清洁,请优先选择气枪等非接触式清洁方式。

偏光显微镜下平板微透镜阵列结构图
产品型号 工作波长 焦距 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
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