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深圳海納光學有限公司
主營產品： 激光護目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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衍射軸錐鏡與傳統錐透鏡的參數換算
2020-6-18 閱讀(845)
對于軸錐鏡來說，在應用軸錐鏡時，*的是計算產生的貝塞爾環形斑的直徑大小，對于衍射軸錐鏡來說，所產生的環形光斑直徑主要由衍射軸錐鏡的發散角定義，對于計算衍射軸錐鏡所產生的環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）
環直徑可以從幾何角度計算：
D=2*WDtan(β/2)（WD–工作距離，D –圓環直徑）
下面給出一個計算衍射軸錐鏡發散角的實例：
對于參數為：波長：355 [nm]，EFL：50 [mm]，要求獲得環直徑：0.2 [mm]，在對衍射錐透鏡選型時可以根據以下公式計算發散角
β=2tan¯¹(0.2/2*50)=0.2292[deg]
衍射錐透鏡和傳統折射錐鏡的參數換算
相較于衍射軸錐鏡的發散角定義所產生的環形光斑直徑而言，折射軸錐鏡產生的環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軸錐鏡與衍射軸錐鏡的參數轉換，用一個波長為：355 [nm],錐角：0.25 [度],熔融石英材質的傳統軸錐鏡來推導出可產生同樣效果的衍射軸錐鏡的發散角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，傳統軸錐鏡的參數同樣可以換算出相應的衍射軸錐鏡的發散角，而這兩個元件所產生的環狀光斑的直徑相同，達到了相同的效果，因此，當我們知道了傳統軸錐鏡的特性參數，我們*可以根據傳統軸錐鏡的特性參數推算出可得到相同效果的衍射軸錐鏡的特性參數，從而達到一個傳統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折射軸錐鏡的功能基本一致，都可以產生用于玻璃切割的貝塞爾光束和用于激光清洗的圓環光斑。但衍射軸錐鏡在精確性要高于傳統折射軸錐鏡、并且衍射軸錐鏡可容納的參數范圍更大、還可以消除中心死區，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軸錐鏡，但無疑衍射軸錐鏡相較于傳統軸錐鏡更加有優勢。
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的寬度。環的直徑保持恒定。
2. 通過將DA放在聚焦透鏡之后來控制環直徑。環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。
