OPTICS应用案例系列
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34+86 (0755) 2967 5435 • 爱特蒙特光学 (深圳) 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,可以根据输入光源的几何形状产生聚焦或平行光。半球透镜也很常见,在物理空间尺寸要求比较高的紧凑型应用中,半球透镜可以跟(全)球透镜互换使用。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)。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)。当入射光为平行光时,球透镜的NA值取决于球透镜的直径(D)折射率(n)和入射光直径(d)。使用F-number=EFL/d可以获得NA和d/D之间的关系(方程式3)也就是如图2所示。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。将光纤放置在球透镜后焦位置(BFL)上如图3所示。初始参数输入激光光束的直径 = 2mm球透镜的折射率 = 1.5168光纤的数值孔径 = 0.22计算参数球透镜的直径从图2我们可以知道在使用N-BK7材料的球透镜的时候NA值大约为0.22,d/D≈0.3-0.35。从方程式3我们可以得到当d/D≈0.3时NA=0.22。我们需要球透镜的直径大于6mm(≈2mm/0.33)来耦合光束直径2mm的激光进入到NA=0.22的光纤中。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最佳球透镜。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,需要使用两个球透镜。将光纤放置在球透镜后焦位置上,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。dDEFLBFLPdDFiber CouplerFiber 1Fiber 2图 1:主要参数图 3:激光到光纤的耦合图 4:光纤到光纤的耦合图 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了解球透镜(1)(2)(3)(4)EFL =4(n - 1)nDBFL =EFL - 2DNA =nD2d(n-1)NA = nm sinθ =14d(n - 1)nD21+4()

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