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