作者：维尔克斯 时间：2024-6-13 10:28:32
衍射锥透镜和传统锥透镜都可以使激光变成具有特殊分布的光束，比如贝塞尔光束，虽然能达到同样的结果，但是这两种锥透镜所用的工作原理并不相同，传统锥透镜主要依靠折射原理，衍射锥透镜（也称为衍射锥镜）基于衍射原理。
衍射锥透镜（也称为衍射锥镜）利用衍射原理，其表面刻有周期性的微结构，当光线通过这些结构时，按照特定的衍射规律分布，也能生成类似传统锥透镜的圆锥形光束，甚至可以消除传统锥透镜的中心死区。传统锥透镜利用折射原理，其横截面形状为圆形渐变至尖端的圆柱形，通过改变光的传播方向使光线聚焦或发散，最后形成圆锥形的光束分布。
传统锥透镜光束质量一般，可能存在中心强度较弱的问题（中心死区），但制造成本相对较低，对光源的波长范围适应性较好。衍射锥透镜光束质量高，能够得到更加均匀的光强分布，无中心死区，且具有更稳定的焦深和更好的空间分辨率，但制造成本相对较高，且通常需要针对特定波长进行设计。
传统锥透镜和衍射锥透镜对比
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型号 |
传统锥透镜 |
衍射锥透镜 |
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材料 |
熔融石英 |
熔融石英、蓝宝石、锗、锌 |
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波长nm |
240-1600 |
193-10600 |
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角度 |
0.5-20° |
0.024-30.85°（1064nm） |
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镜片尺寸mm |
25.4/50.8(标准品)，1-420（定制） |
几毫米-150mm |
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RMSi（nm） |
<70nm（标准品），<40nm（定制） |
<70nm |
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损伤阈值 |
12 J/cm², 100 Hz, 6 ns, 532 nm |
1064nm，3J/cm2，7ns |
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衍射效率 |
透过率99.5% |
75-96% |
图1衍射轴锥镜产生的圆环
传统轴锥镜标准品顶角有0.5度-20度，尺寸有1英寸和2英寸的，如果想要其他形状的尺寸可以定制，可选的范围有1-420mm。当波长为1064nm时，衍射轴锥镜发散角为0.024-30.85°，镜片尺寸可以定制几毫米-150mm。
我们代理的传统轴锥镜的厂家有Asphericon和立陶宛Optogama，代理的衍射轴锥镜有Holoor，艾斯飞睿、Optogama和索雷博轴锥镜均达到质量要求标准RMSi≤0.07µm。传统轴锥镜能产生非衍射贝塞尔光束和环形光束，环形光束非常适用于激光打孔。
传统锥透镜主要依靠几何形状改变光路，适用于较为简单且对体积、重量要求不苛刻的应用场景。
艾斯飞睿锥镜特别适用于对光束质量、稳定性以及长焦深有较高要求的领域，如医学、研究和计量应用。Holoor衍射轴锥镜除了同样适用于医学、研究和计量应用外，由于其基于衍射光学的灵活性和定制化优势，可能更适合需要特定光束整形、多光束合成、或者对光束控制精度有极高要求的高级激光加工（如玻璃切割中的成丝技术和隐形切割）以及其他精密光学应用。
Asphericon锥镜依靠传统的折射光学原理，通过胶合的双锥透镜系统产生类贝塞尔光束，而Holoor衍射轴锥镜则运用先进的衍射光学元件技术，通过在元件表面刻蚀微结构来实现贝塞尔高斯光束的转换。前者侧重于通过精确的非球面设计达到光束整形目的，后者则利用衍射效应的可编程性实现更灵活、定制化的光束控制，并可能在某些高级应用中提供更高的光束操控精度和复杂度。
传统锥透镜和衍射锥透镜对比及参数换算
传统锥透镜产生的环形光斑直径用顶角和锥角定义。衍射锥透镜发散角与传统锥透镜的锥角或顶角之间的关系如下。
D=2*WDtan[(n-1)*ɑ]（WD–工作距离，D–圆环直径）
β=2[sin¯¹(nsinɑ)-ɑ]≈2ɑ*(n-1)
Θ=180˚-2ɑ（n–折射率, ɑ–底角, Θ–顶角）
传统轴锥镜与衍射轴锥镜的参数转换，举一个例子，波长355nm，锥角0.25度熔融石英材质的熔融石英材质的传统轴锥镜来推导出可产生同样效果的衍射轴锥镜的发散角β:
β=2[sin¯¹(1.4761sin0.25)-0.25]≈0.238 [deg]
