球形透镜是一种特殊形式的双凸透镜,几何结构近似于球体(意味着透镜周围为完整的球面),由单一材料制成,其光学透过率集中在所需波长范围内。球形透镜的主要功能是对光进行准直或耦合,广泛用于光纤耦合(例如激光到光纤耦合、光纤到光纤耦合),也可广泛应用于微型光学系统(如条码扫描仪、传感器或物镜等)。此外,球形透镜也常作为非球面透镜的预制件使用。 球形透镜的一大优势是其较短的后焦距(BFL),能有效减少透镜与光纤之间的距离,特别适用于安装空间有限的场合,同时其紧凑的尺寸也有助于降低生产成本。此外,由于球形透镜具有旋转对称性,其在定位与安装时也更加方便。
杭州煦和光电提供现货球形透镜,材料包括N-BK7、紫外熔融石英和蓝宝石,直径范围为1-10mm;也支持定制球形透镜,可选材料包括红宝石、锗(Ge)、锌硒化物(ZnSe)以及其他高折射率光学玻璃,定制直径范围广泛,从0.3mm到300mm。我们的球形透镜具有结构紧凑、空间节省、高精度与低球差的特点。
材料选择指南:
N-BK7 球形透镜:
N-BK7 是一种优质硼硅酸盐皇冠玻璃,是光学元件制造中最常用的光学玻璃之一。其透射范围从可见光到近红外,杂质含量低,机械强度高,非常适用于不需要UVFS(如紫外高透射)特性的应用场景。N-BK7 也具有良好的可加工性,因此常作为非球面透镜的预制件。
紫外级熔融石英球形透镜:
紫外级熔融石英是一种非晶态二氧化硅,由高纯度四氯化硅(SiCl₄)在氧氢火焰下熔融制成。其最大特点是对紫外波段的高透射率,同时热膨胀系数低,热稳定性优越,具备极强的抗化学腐蚀性能,并在紫外照射下具有极低的荧光反应。
蓝宝石球形透镜:
蓝宝石(Al₂O₃)单晶光学级球形及半球透镜,以其卓越的表面硬度、耐高温性与耐化学腐蚀性,特别适合用于高温、高功率或高压等极端工作环境。其广泛的透射波长范围(0.15μm 至 5.5μm)极具优势,且高折射率可有效减少球差。
产品参数:
球面透镜中的NA与EFL计算:
在球面透镜和半球透镜的光学性能中,有三个关键参数尤为重要:有效焦距(EFL)、后焦距(BFL)和数值孔径(NA)。
有效焦距(EFL)是指从透镜球心平面到由准直光束汇聚成焦点之间的距离。若已知球面透镜的折射率 (n) 和直径 (D),则 EFL 的计算公式如下:
EFL = nD / 4(n - 1)
后焦距(BFL)是从透镜表面到焦点的距离,因此比 EFL 小半个透镜直径。其计算公式为:
BFL = EFL - D / 2
为实现正确的光准直,球面透镜的数值孔径(NA)应当等于或小于所用光纤的NA。其标准计算过程较为复杂:
NA = n₀·sinθ = 1 / √[1 + 4(nD / 4d(n - 1))²]
(注:此公式假设球透镜外部介质的折射率 n₀ = 1)。在近轴光学条件下,可简化为:
NA ≈ 2d(n - 1) / nD
光学镜头有多种分类,无论是用户还是工程师,都需要评估不同镜头分类的优缺点,以便优化光学系统。首先,什么是镜头?光学镜头是透明的光学元件,用来聚焦或发散来自周围物体的光线。透过的光线随后形成物体的真实或虚拟图像。光学镜头可以分为三大类:凸透镜和凹透镜。凸透镜具有正焦距,能聚焦光线,而凹透镜具有负焦距,会扩展平行光束。进一步细分,可分为平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、梅纽斯克透镜、球形/半球形透镜、消色差双透镜、柱面平凸透镜/平凹透镜、棒透镜、非球面透镜等。本文列举了不同的镜头分类,探讨了它们的特点,并指出了适用的使用场景。
焦距是从光学中心到光线聚焦点的距离。凸透镜有正焦距,而凹透镜有负焦距,聚焦光线至虚拟焦点。共轭比定义为物体距离(物体与透镜在光轴上的距离)与像距(图像与透镜在光轴上的距离)的比值。从物体到图像的光路是可逆的。物体放置在透镜的焦点上,会导致共轭比为无限大;而物体放置在焦距的两倍处,会导致图像形成在焦距的两倍处,产生1:1的共轭比。
注:您可能还想了解与镜头选择相关的基本概念,如视场(FOV)、图像畸变、球差与像散等。详情请参见我们的镜头选择教程。或者,如果您正在寻找有关基材材料选择的参考,请参阅我们的光学基材材料选择指南。
平凸透镜(PCX)是具有一个平面面和一个凸面且焦距为正的光学透镜,常用于收集、聚焦平行光、将点光源的光线平行化,或缩短透镜组的焦距。与双凸透镜相比,平凸透镜具有两个不对称的表面,因此在绝对共轭比为无限大时效果最佳(物体距离:像距)。然而,平凸透镜在绝对共轭比大于5:1时,能够将球差降到较低程度。当共轭比低于5:1时,考虑使用成对的平凸透镜或双凸透镜。平凸透镜通常用于单色光源,如激光;平凸透镜常用于汇聚平行光或将点光源转换为平行光。当使用透镜聚焦平行光时,平行光应投射到透镜的曲面上。
平凹透镜是具有一个平面面和一个凹面光学透镜。平凹透镜的焦距为负,能够发散光束。因此,它可以用来扩展光束、投射光线或延长光学系统的焦距。平凹透镜常被用于伽利略光束扩展器,或作为光学仪器的焦距增加器,或者平衡球差,改善图像质量。当绝对共轭比大于5:1(即物体距离:像距的绝对值),平凹透镜是减少球差、像散和畸变的最佳负透镜。应用于发散平行光束时,应使曲面朝向光源(换句话说,平面应指向您希望调节的焦平面),以便光线逐渐弯曲,最大限度地减少球差。
双凸透镜,也称为双凸透镜,是具有两个相同曲率半径的球面面光学透镜。双凸透镜的主要用途包括激光束调制、光聚焦和成像。双凸透镜具有正焦距,能将平行光线聚焦于一点。当绝对有限共轭比为1:1时,推荐使用双凸透镜。当物体距离和像距在绝对值上相等时,双凸透镜是共轭比在1:5和5:1之间的最佳选择。如果不是这种情况,平凸透镜更为合适,因为它们的不对称形状有助于减少球差。双凸透镜的焦距可以通过公式计算:f= (R1*R2)/((n-1)*(R2-R1))。由于两侧的曲率相等,双凸透镜常用于收集点光源的光或将图像传输到其他光学系统。由于物体距离和像距相等或接近相等,能有效地最小化畸变。
双凹透镜或双凹透镜是具有两个向内弯曲的球面面且曲率半径相同的光学透镜。双凹透镜的焦距为负,能将平行光束发散到虚焦点(即,光线发散路径的延长线在凹透镜物体侧交汇的点),并增加透镜组的焦距。双凹透镜的用途广泛,包括发散平行