什么是柱面透镜？

创建激光线发生器 | 创建圆形光束 | 选择指南

柱面透镜是 X 轴和 Y 轴上半径不同的一种透镜，因此透镜的形状为圆柱形或半圆柱形，而且只有单一光轴有图像放大倍率. 柱面透镜通常用作激光线发生器，以调节图像高度大小，或在成像系统中校正像散.

图 1: 平凸的圆柱面透镜

图 2: 平凸的矩形柱面透镜

图 3: 平凸的长圆形柱面透镜

创建激光线发生器

当将柱面透镜作为激光线发生器时，为应用计算所需的有效焦距 $ \small{\left( \text{EFL} \right)} $ 非常重要。要做到这一点，首先用给定的工作距离 $ \small{\left( L \right)} $（单位为厘米）和所需线长 $ \small{\left( x \right)} $ 计算扇形角 $ \small{ \left( \theta \right)} $:

(1)$$ \theta = 2 \cdot \tan^{-1}{\left( \frac{x}{2 \, L} \right)} $$

扇形角也可以用来确定给定工作距离的线长:

(2)$$ x = 2 \cdot L \cdot \tan{\left( \frac{\theta}{2} \right)} $$

Visual Illustration of Equations 1 – 2 for Creating a Laser Line Generator

图 4: 创建激光线发生器的方程式 1—2 图片

然后，可以使用输入光束半径 $ \small{ \left( \frac{d}{2} \right) } $ 和以下公式计算 $ \small{\left( \text{EFL} \right)} $:

(3)$$ \frac{d}{2} = \text{EFL} \cdot \tan{\left( \frac{\theta}{2} \right)} $$

Visual Illustration of Equation 3 for Calculating Effective Focal Length

图 5: 计算有效焦距的方程3图片

产生圆形光束

通常, 激光二极管会发射椭圆形光束，这些光束也许不适用于需要平行、圆形激光源的应用。使用两个柱面透镜将椭圆形光束转换成圆形光束是一种常见方法 - 第一个透镜可放大激光二极管的短轴，而第二个透镜则可使光束成平行。透镜的弯曲表面和激光二极管的短轴应该定向，这样才可放大短轴.

例如，要将长轴为 4.0mm 和短轴为 1.0mm 的椭圆形光束转换成直径为 4.0mm 的圆形光束，则必须将短轴放大 4 倍。用第二个透镜的焦距 $ \small{\left( f_2 \right)} $ 除以第一个透镜的焦距 $ \small{\left( f_1 \right)} $，可以计算出两个透镜设置的放大倍数 (Mag).

(4)$$ \text{Mag} = \frac{f_2}{f_1} $$

达到所需放大倍数的一种方法是使用直径 25mm x - 25mm 的 EFL PCV 柱面透镜 (#46-196)搭配直径 25mm x 100mm 的 EFL PCX 柱面透镜(#46-018).另外，也可以选择使用两个 PCX 柱面透镜，但是需添加额外系统长度。柱面透镜也能减少光束发散，提高光束的准直性，因此成为长距离投影应用的理想选择。为帮助任何应用选择正确的柱面透镜，请参考表1.

柱面透镜选择指南

表 1: 柱面透镜选择指南
类型	波长	理想的应用
Fast Axis Collimators	0.8 – 1.0μm	对准高功率激光二极管棒
Illunimation PCX Cylinder Lenses	0.4 - 1.6μm	将激光聚焦在一条线上或者将激光束环形化
UV Fused Silica PCX Cylinder Lenses	0.2 - 2.2μm	在严峻或恶劣的环境中工作
Achromatic Cylinder Lenses	0.4 - 1.0μm	构建宽带光源的线性轮廓
Plastic Hybrid Acylinder Lenses	0.4 - 1.6μm	构建宽带光源的线性轮廓
Illumination PCV Cylinder Lenses	0.4 - 1.6μm	扩束
Cylindrical Microlens Arrays	0.2 - 2.2μm	光束均匀化

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