定义
具有锥形表面的镜片。
锥透镜是一种类似于透镜的光学装置,其中透镜具有圆锥形而不是曲面。 通常,一侧是圆锥形的,尖端向外看,另一侧是平坦的(平凸锥形)。 在大多数情况下,横向横截面是一个圆,就像普通透镜一样。 表面的倾斜角(称为锥角)不会随着与光轴距离的增加而变化,而对于普通透镜,它会不断变化。因此,折射导致在输入光线位置范围内具有恒定的光线偏转角。
图 1 显示了具有平行入射光的锥透镜的光线追踪模拟。 例如,对于单色光,当然会获得干涉效应,在反射光的不同贡献重叠的区域形成环形结构。
图1:具有平行入射光的锥透镜的光线追踪模拟。
锥透镜可被视为特种透镜(锥形透镜);毕竟,它们的外形和典型的安装方式与镜头相似。 或者,锥透镜称为锥形棱镜。
人们经常指定锥透镜的顶角;这是 180° 减去上述锥透镜角度的两倍。 具有各种顶点角度的锥透镜可作为库存光学器件提供,例如 90°,但也具有更大的角度,例如 160°。 以定制光学器件的形式,可以实现更广泛的参数。
与其他透镜一样,锥透镜以未镀膜的形式提供,但通常在某些光谱区域提供抗反射涂层。 它们可以由各种光学材料制成;大多数情况下,人们使用常见的光学玻璃,例如熔融石英。
还有光纤锥透镜,在光纤末端附近,光纤直径迅速减小到零。 例如,这种光纤锥透镜可用于将光耦合到光子集成电路的非常小的波导中。
锥透镜的应用
对于某些应用,需要用平行光照射后在足够大的距离内获得环形图案。
图2:锥透镜后方 2 mm 距离内的光束轮廓,用高斯激光束照射。
精密抛光的锥透镜也可用于从普通输入激光束(通常是高斯光束)生成贝塞尔光束(一种非衍射光束)的近似值。 这适用于上述重叠区域。 在该区域,人们可以获得环形强度分布,如图2所示,该分布图基于数字光束传播。 图3显示,在一定距离范围内,光束强度模式保持非常相似,就像没有衍射一样。 然而,后来,光能越来越分散。
例如,贝塞尔梁用于某些测量目的。
图3:锥透镜后的光束演变,用高斯激光束照射。
锥透镜还用于各种其他应用,例如在激光材料加工、原子陷阱和光镊、光学相干断层扫描、眼科手术中的医疗器械或作为某些扩束器和望远镜的部件。