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简要介绍可变焦莫尔透镜

时间:2021-08-20 来源:新特光电 访问量:1017

可变焦莫尔透镜由特殊结构的级联衍射光学元件 (DOE) 组成。通过简单地旋转元件,这些镜头可以在很宽的焦距范围内连续调节。可变焦莫尔透镜在单色照明下表现出无像差性能,并且可以适应从UV到IR的波长。典型应用包括激光光学组件,如可变光束扩展器,或作为变焦镜头内的元件,无需复杂的平移光机械。使用莫尔透镜,激光束可以可变聚焦,或者可以清晰地对可变距离的物体成像。通过相互旋转两个DOES(衍射光学元件),镜头的焦距会发生变化——您可以将无限多个镜头合二为一。

可变焦莫尔透镜

可变焦莫尔透镜

可变焦莫尔透镜特点

  • 在宽焦距范围内连续精确地改变焦距

  • 单色光无像差

  • 适用于高功率应用

  • 孔径和光谱可扩展(从紫外到红外)

  • 轻薄

  • 与温度无关(在-20°C和70°C之间)

由于莫尔效应,DOE的相互旋转会导致透镜具有一定的屈光力,这取决于旋转角φ。

由于莫尔效应,DOE的相互旋转会导致透镜具有一定的屈光力,这取决于旋转角φ。

DOE具有表面结构,可在0和2π之间的范围内移动单色光的相位。互补结构DOE的叠加与相应的菲涅耳透镜具有相同的效果。

DOE具有表面结构,可在0和2π之间的范围内移动单色光的相位。互补结构DOE的叠加与相应的菲涅耳透镜具有相同的效果。

相对于第一个元件旋转可变焦莫尔透镜组件中的第二个元件可提供光源的连续聚焦。

相对于第一个元件旋转可变焦莫尔透镜组件中的第二个元件可提供光源的连续聚焦。该组件跨越±25屈光度范围内的负焦距和正焦距。

应用领域和市场

特殊的高端应用以及众多的低端批量产品。可实现偏置光功率,光学效率高达90%,可减少色差计算,与“标准”光学器件(如玻璃透镜)组合允许对色散效应进行补偿。

应用领域和市

  • 成像:用于相机、手机或显微镜的轻巧紧凑的变焦光学器件、可调节眼镜、类似人眼的成像系统

  • 高功率:用于高功率应用的激光雕刻、打标和切割、扫描头

  • 光束投影:可调照明系统、灯具和大灯、变焦汽车照明、扫描仪、投影仪、打印机等。

  • 实验室设备:用于光学原型制作的可调节多用途设备等。

  • 科学和前端:激光束整形和调制,在光镊和干涉仪中产生环形光束等。

  • 其他应用:热成像、红外成像、太赫兹辐射应用、变焦超声透镜

可调镜头——莫尔透镜可实现动态聚焦

主要应用

  • 智能手机或无人机中的微型相机以及红外相机的自动对焦或变焦光学元件

  • 体积成像和 3D 激光处理

  • 用于汽车行业、条码扫描和太赫兹应用的可调镜头

  • 眼科变焦镜片

可调镜头——莫尔透镜可实现动态聚焦

可调轴心镜——使用莫尔透镜生成可调轴棱镜以动态调制自愈光束

应用

  • 对细胞等微米级结构的动态捕获

  • 在激光加工和钻孔中产生可变的自愈光束或光环

  • 在成像过程中调整景深

  • 激光手术中的动态光束调制

可调轴锥——使用莫尔透镜生成可调轴棱镜以动态调制自愈光束

可调移相器——莫尔透镜原理可以实现无限远移相器

应用

  • 高精度光谱仪中的移频器

  • 干涉测量中的相位控制

  • 光学相干断层扫描

  • 原子俘获和量子操纵

可调移相器——莫尔透镜原理可以实现无限远移相器

可调螺旋光束——莫尔透镜可调整阶梯状相位前沿的陡度以产生可变直径的环形焦点

应用

  • 捕获和旋转微米级结构,如电池

  • 在光学显微镜中可变地突出物体边缘

  • 激光加工中可变尺寸的钻环

  • 通过动态波束复用提高电信中的比特率

可调螺旋光束——莫尔透镜可调整阶梯状相位前沿的陡度以产生可变直径的环形焦点

常见问题

可变焦距莫尔透镜有哪些优点?

可变焦莫尔透镜具有一对特殊结构的衍射光学元件,通过标准光刻技术制造。这些镜头还包括比替代液体、光声或纳米材料技术更简单的设计和构造。简单的结构还使莫尔透镜对温度变化不敏感并且抗振。这些板也很薄、很轻,可以由多种材料制成,包括在紫外或红外光谱区域透射的材料。通过简单旋转平板即可在较宽的焦距范围内聚焦,当与单色照明一起使用时会产生无像差的光斑。

可变焦距莫尔透镜有什么缺点吗?

  • 强烈的色差

  • 增加光功率时透镜效率降低

  • 仅对特定波长进行最佳操作

  • 最大光圈受限(约20mm)

可变焦距莫尔透镜的效率是多少?

莫尔透镜的一阶衍射效率n 1取决于所选的扭转角θ,从而产生相应的光焦度:

n1=(sinc(θ⁄2))2 (1)

总有效率的衍射效率和传输效率的乘积  Ñt,这大约是96%。对于 45º 的扭转角,衍射效率约为 65%,因此总效率约为 62%。

可变焦距莫尔透镜是如何制造的?

可变焦莫尔透镜的单个衍射光学元件的表面结构是通过标准光刻技术产生的。由此产生的一对元件创建了菲涅耳区域,可以连续调整这些区域以创建连续可变的焦距。

极化如何影响性能?

可变焦距莫尔透镜的功能与偏振无关。

创建定制的可变焦莫尔透镜需要什么规格?

要创建自定义的可变焦莫尔透镜,需要满足以下条件:

  • 镜头尺寸(直径、方形等)

  • 通光孔径

  • 最大厚度

  • 所需焦距范围

  • 工作波长范围

  • 最大光功率所需的效率

可变焦莫尔透镜提供多大的光焦度范围和数值孔径 (NA)?

n1=(sinc(θ/2))2 (1)

假设DOE表面的光刻处理单元在波长范围内(在UV范围之外是真实的),可变焦莫尔透镜的光功率(D)可以计算如下:

D=θ/Aπ (2),这里θ代表DOE的当前扭曲角,A代表镜头的通光孔径。

等式1表明可变焦莫尔透镜在扭转角为±90º(θ=±π/2)时的衍射效率高于80%。对于这个镜头,光圈的光功率范围如下:

D=±1/2A=±25Dpt,这意味着可变焦莫尔透镜的光焦度与光圈成反比。NA在其光功率的整个调制过程中具有恒定值(在上述示例中,NA=0.24)。

有哪些波长可用?

可以为从紫外线到红外线的波长制造可变焦莫尔透镜。DOE的莫尔图案需要针对特定波长进行设计;当结构高度等于设计波长的整数倍(2π相移)时,可实现最大效率。DOE设计中的限制因素是基板的传输特性。熔融石英通常用于紫外线或可见光应用,而锗是红外线应用的常见选择。

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