錐透鏡通常也被稱為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱棱鏡,是由一個(gè)圓錐面和一個(gè)平面組成的透鏡。錐透鏡常用來生成貝塞爾強(qiáng)度分布的光束或錐形非發(fā)散光束。將準(zhǔn)直光束變?yōu)榄h(huán)形光束時(shí),錐透鏡的平面應(yīng)面向準(zhǔn)直光源。錐透鏡產(chǎn)生的光束穿過光軸,當(dāng)錐透鏡到圖像距離增大時(shí),所形成的光環(huán)直徑也將增大,而光環(huán)的厚度保持不變。該光束具有貝塞爾光束的特性,沿光束傳播方向的光強(qiáng)分布不會(huì)發(fā)生改變。
錐透鏡的貝塞爾光束特性
與隨距離增長(zhǎng)而發(fā)散的高斯光束不同,貝塞爾光束是非衍射光束,它在傳播時(shí)能保持光強(qiáng)分布不變。雖然真正的貝塞爾光束需要無限的能量才能產(chǎn)生,但錐透鏡可以在其焦深(DOF)范圍內(nèi)產(chǎn)生與之非常近似的非衍射特性。
透鏡主要用于光束整形領(lǐng)域和各種激光應(yīng)用。特殊用途是產(chǎn)生非衍射類貝塞爾光束。此處關(guān)注的是強(qiáng)度分布幾乎不變的區(qū)域,以及由錐透鏡角度和直徑定義的長(zhǎng)度。貝塞爾光束是非衍射的,非常適用于醫(yī)學(xué)、研究、測(cè)量技術(shù)和調(diào)節(jié)。具體而言,它們可用于例如光鑷和光幕熒光顯微鏡。 結(jié)合其他錐透鏡或透鏡,可產(chǎn)生各種光束輪廓,例如準(zhǔn)直環(huán)形光束和可變環(huán)形焦點(diǎn)。
為了獲得貝塞爾光束,必須將錐透鏡和激光準(zhǔn)直,使激光束沿著錐透鏡的光軸傳播。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直和精度要求,要用到很多光學(xué)部件,包括激光,擴(kuò)束鏡, 透鏡安裝座以及接桿和接桿支架。例如,擴(kuò)束鏡可以準(zhǔn)直入射激光并減少其發(fā)散度,使得錐透鏡可以地創(chuàng)建環(huán)形光束,光學(xué)透鏡安裝座 可以將錐透鏡牢牢固定起來,并提供微米或亞微米級(jí)的自由度調(diào)整及準(zhǔn)直。
將沿光軸傳播的光束聚焦,錐透鏡創(chuàng)建了近似貝塞爾光束。雖然光環(huán)直徑會(huì)隨著錐透鏡和圖像之間的距離成比例地增大和減小,但是光環(huán) 厚度保持不變。錐透鏡非常適用于需要環(huán)形激光輸出的測(cè)量和準(zhǔn)直,以及研究和醫(yī)療應(yīng)用。