了解球透镜

2023-02-16 09:26:30, 韵翔光电 江阴韵翔光电技术有限公司

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球透镜是一种非常有用的光学元件，用于提高光纤、发射器及检测器之间的信号耦合。此外，它也适用于内镜、条码扫描、非球面透镜的预加工材料和传感器等应用。球透镜采用单一玻璃基片制造而成，可以聚焦或输出平行光，取决于输入源的几何形状。半球透镜也很常见，在应用的物理约束要求更紧凑型的设计的情况下，与（全）球透镜交换使用。




使用球透镜的基本方程式


共有五种需要了解和使用球透镜的主要参数（图1）：输入源的直径 (d)、球透镜的直径 (D)、球透镜的有效焦距 (EFL)、球透镜的后焦距 (BFL) 和球透镜的折射率 (n)。

图 1： 主要参数
EFL 的计算方法非常简单（方程式1），这是因为它只有两种变量：球透镜的直径 (D) 和折射率 (n)。EFL是从球透镜的中心开始测量的，在图1中标示为R。一旦计算出EFL和D后，即可轻易地计算出BFL（方程式2）。数值孔径NA（方程式3）则取决于EFL和d。它通常被引用及经常用来代替d/D。


由于经常使用NA，因此图2说明了随着输入光源直径（d)的提高NA值将增大。


图 2： 爱特蒙特光学®提供的球透镜玻璃类型的数值孔径与直径的对比。



应用范例


范例1：激光到光纤的耦合

将激光的光耦合到光纤时，球透镜的选择将取决于光纤的NA和激光光束的直径或输入源。激光光束的直径用来确定球透镜的NA。球透镜的NA必须低于或与光纤的NA相同，以耦合所有的光。光纤与球透镜间的接触所图3所示。

图 3：激光到光纤的耦合


初始参数

输入激光光束的直径=2mm
球透镜的折射率=1.517
光纤的数值孔径=0.22


计算参数

球透镜的直径> 6-8毫米的N-BK7球透镜直径（折射率为1.517）非常适合将2毫米的激光源耦合到0.22NA的光纤。可以轻易尝试不同的折射率以查找激光到光纤耦合应用的球透镜。


范例2：光纤到光纤的耦合

为了将其中一个光纤的光耦合到另一个具有相同NA的光纤，必须使用两个相同的球透镜。将两个球透镜与光纤放在一起，如图4所示。如果光纤具有相同的NA，则可应用如范例1所示的相同逻辑。


图 4：光纤到光纤的耦合



END




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