Плоская цилиндрическая линза LBTEK – пример применения

Плоские цилиндрические линзы имеют плоскую пластинчатую структуру без сферической аберрации и работают только с лучами в одном направлении, поэтому их обычно используют для визуализации, коллимации однонаправленного луча, формирования луча и т. д. Типичный сценарий применения — использование набора двухцилиндрических линз для коллимации и придания круговой формы выходному лучу лазерного диода, тем самым получая коллимированное круглое выходное пятно. Как показано на рисунке выше, фокусное расстояние PBCL1 равно f1 , световое пятно в направлении Y коллимировано, а угол расхождения светового пятна в направлении Y равен θ _1. Фокусное расстояние PBCL2 равно f2 , световое пятно Пятно в направлении X коллимировано, а угол расхождения светового пятна в направлении X равен θ ₂ , тогда, когда оно удовлетворяет условию, можно получить коллимированное круглое световое пятно.

Рисунок 1 Принципиальная схема коллимации и округления эллиптического светового пятна ЛД

Плоские цилиндрические линзы LBTEK – Техническое описание

I. Обзор

Плоская цилиндрическая линза LBTEK представляет собой дифракционный оптический элемент, который может сходить или расходить луч в одном направлении в зависимости от состояния поляризации падающего света.Состояние поляризации исходящего света противоположно состоянию поляризации падающего света.Управляя состояние поляризации падающего света может контролировать распределение энергии сходящегося светового пятна и расходящегося светового пятна. Плоская цилиндрическая линза представляет собой дифракционное устройство с плоской пластинчатой ​​структурой. Ее угол дифракции sinθ=λ/p, θ — угол дифракции, λ — расчетная длина волны, p — период в радиальном направлении. Периодическая структура делает плоскую цилиндрическую линзу без сферической аберрации.Характеристики: все световые лучи, проходящие через эффективную апертуру, дифрагируются в разных периодических положениях по оси X, так что световые лучи на одной и той же оси X могут сходиться к в том же положении, а последнее сфокусированное световое пятно образует вертикальную линию, перпендикулярную оси X, с длиной, равной исходному световому пятну в направлении Y. Размеры одинаковы.

По сравнению с традиционными цилиндрическими линзами, плоские цилиндрические линзы позволяют осуществлять преобразование между собирающими линзами и рассеивающими линзами, контролируя состояние поляризации падающего света.Они не имеют физических неровностей и их легче интегрировать, поэтому они имеют большие перспективы применения.

2. Структура продукта

Плоская цилиндрическая линза LBTEK изготовлена ​​из стеклянной подложки N-BK7 и жидкокристаллического полимерного материала и имеет типичную сэндвич-структуру «верхняя и нижняя стеклянные подложки + средний функциональный слой LCP», а голый чип не имеет механической оболочки. Маркировка на оптических компонентах следующая:

Рисунок 1. Принципиальная схема конструкции плоской цилиндрической линзы.

• На одной стороне оптического элемента имеется кромка среза толщиной 1,5 мм, параллельная линии структурной сетки и перпендикулярная направлению схождения и расхождения лучей;
• На боковой стороне оптического элемента имеется стрелка, указывающая указанное направление падения света, причем отмеченное положение является случайным;
• Проходя через плоскую цилиндрическую линзу в соответствии с заданным направлением падения, если падающий свет представляет собой левосторонний свет с круговой поляризацией, выходящий свет будет правосторонним светом с круговой поляризацией, который сначала сходится, а затем расходится; если падающий свет имеет правостороннюю поляризацию, Если подать свет с круговой поляризацией, возникающий свет будет расходящимся светом с левой круговой поляризацией.

3. Поляризационные характеристики

Плоская цилиндрическая линза представляет собой дифракционный оптический элемент, который реализует схождение или расхождение луча в одном направлении в зависимости от состояния поляризации падающего света. Путем управления состоянием поляризации падающего света, распределением энергии пятна сходимости и пятно расхождения исходящего луча можно регулировать, а состояние поляризации исходящего света. Направленность противоположна поляризованному состоянию падающего света. По указанному направлению происшествия:

• Когда падающий свет представляет собой неполяризованный свет или линейно поляризованный свет, плоская цилиндрическая линза имеет дифрагированный свет как +1-го порядка, так и -1-го порядка; дифрагированный свет +1-го порядка является сходящимся правосторонним светом с круговой поляризацией, а дифрагированный свет -1-го порядка является расходящимся. Левосторонний свет с круговой поляризацией.
• Когда падающий свет представляет собой левосторонний свет с круговой поляризацией, существует дифрагированный свет только +1 порядка, а дифрагированный свет представляет собой правосторонний свет с круговой поляризацией, и световое пятно сначала сходится, а затем расходится.
• Когда падающий свет является правосторонним светом с круговой поляризацией, существует дифрагированный свет только -1 порядка, а дифрагированный свет представляет собой левосторонний свет с круговой поляризацией, и световое пятно расходится.
• Когда падающий свет представляет собой эллиптически поляризованный свет, существует дифрагированный свет как +1-го порядка, так и -1-го порядка, а соотношение интенсивностей дифрагированных лучей двух порядков связано с эллипсометрией падающего света.

Рисунок 2.1 В соответствии с заданным направлением падает левосторонний свет с круговой поляризацией, а режущая кромка вертикальна, а излучается правосторонний свет с круговой поляризацией. Световое пятно в направлении x сначала сходится, а затем расходится.

Рисунок 2.2 Схождение луча в направлении x

Рисунок 2.3. Луч остается неизменным в направлении y.

Рисунок 3.1. Правосторонний свет с круговой поляризацией падает в соответствии с заданным направлением, а кромка среза вертикальна , и излучается левосторонний свет с круговой поляризацией, и световое пятно расходится в направлении x.

Рисунок 3.2. Расходимость луча в направлении x

Рисунок 3.3. Луч остается неизменным в направлении y.

4. Описание параметров

1. Дифракционнаяэффективность

• В качестве дифракционного устройства плоская цилиндрическая линза имеет пятна ± 1-го порядка, в которых сосредоточена большая часть энергии, а также существуют пятна другого порядка дифракции, например нулевого порядка. 

• Метод измерения дифракционной эффективности:

Рисунок 4. Принципиальная схема измерения дифракционной эффективности плоской цилиндрической линзы.

Когда излучаемый лазером свет квазилинейно поляризован, при нормальных условиях падения поверните 1/4-волновую пластину так, чтобы направление быстрой оси 1/4-волновой пластины составляло 45° с направлением поляризации падающего света ( в зависимости от направления поляризации падающего света)), получая правосторонний круговой поляризованный свет. В это время после прохождения через плоскую цилиндрическую линзу появляется только расходящийся левосторонний круговой поляризованный свет. При наблюдении на большем расстоянии интенсивность расходящегося света будет расходиться очень слабо, тогда как нулевой порядок по-прежнему представляет собой коллимированный поляризованный свет. В это время интенсивность света, измеренная в точке ①, записывается как I0, а интенсивность света, измеренная в точке ②, записывается как I1.

2. Угол расхождения линзы фокусное расстояние

Рисунок 5. Принципиальная схема угла расхождения и фокусного расстояния плоской цилиндрической линзы.

• Угол расхождения: В качестве дифракционного оптического элемента плоские цилиндрические линзы в основном обеспечивают схождение или расхождение света за счет принципа дифракции. Для условий коллимированного параллельного падения света угол дифракции плоской линзы примерно равен углу расхождения исходящего света. Угол дифракции пластинчатой ​​линзы длина волны падающего светаи пластинчатая линза, прозрачная апертура, период края диафрагмып совместное влияние.
• фокусное расстояниеФ : Фокусное расстояние плоской линзы в основном рассчитывается с использованием соотношения тригонометрической функции между светосилой, углом расхождения и фокусным расстоянием.

3. Отклонение проходящего света

• Параметр отклонения проходящего света в основном используется для характеристики параллельности оптических элементов: чем ближе угол отклонения проходящего света к 0°, тем лучше параллельность;
• Для оптических компонентов без механического корпуса основным фактором, влияющим на параллельность, является посадка защитного стекла, а угол отклонения проходящего света обычно контролируется в пределах 1 угловой минуты.

4. Порог повреждения

Учитывая сильные характеристики поглощения коротковолновых волн материалами LCP, чем больше рабочая длина волны плоской цилиндрической линзы, тем выше будет ее порог повреждения. Эталонное значение порога повреждения плоской цилиндрической линзы LBTEK составляет:

• 2 Дж/см^2 при 532 нм, 10 нс, 10 Гц;
• 10 Дж/см^2 при 1064 нм, 10 нс, 10 Гц.