平板透镜
平板透镜是一种基于入射光的偏振态实现对光束会聚或发散的衍射光学元件,通过控制入射光的偏振态,能够调控会聚光斑和发散光斑的能量分布,故平板透镜既可以作为会聚透镜使用,同时又可以作为发散透镜使用。圆偏振光入射时,出射光的偏振态旋向与入射光的偏振态旋向相反。LBTEK平板透镜是用具有双折射特性的液晶聚合物材料(LCP)制作而成,可使用干涉曝光方法或者自主研发的微米级激光直写技术来控制液晶聚合物的排布结构,并通过多次旋涂来达到需要的相位延迟。
产品介绍

一、产品简介

平板透镜是一种基于入射光的偏振态实现对光束会聚或发散的衍射光学元件,通过控制入射光的偏振态,能够调控会聚光斑和发散光斑的能量分布,故平板透镜既可以作为会聚透镜使用,同时又可以作为发散透镜使用。圆偏振光入射时,出射光的偏振态旋向与入射光的偏振态旋向相反。LBTEK平板透镜是用具有双折射特性的液晶聚合物材料(LCP)制作而成,可使用干涉曝光方法或者自主研发的微米级激光直写技术来控制液晶聚合物的排布结构,并通过多次旋涂来达到需要的相位延迟。

理想的平板透镜:

  • 当入射光为非偏振光或线偏振光时,平板透镜同时有+1级和-1级衍射光。+1级衍射光为左旋圆偏振光,-1级衍射光为右旋圆偏振光,左旋圆偏振光会聚,右旋圆偏振光发散。

    平板透镜示意图

  • 当入射光为右旋圆偏振光时,则只有+1级衍射光,衍射光为左旋圆偏振光,光束会聚。

    右旋圆偏振光入射,光束会聚,出射为左旋圆偏振光

  • 当入射光为左旋圆偏振光时,则只有-1级衍射光,衍射光为右旋圆偏振光,光束发散。

    左旋圆偏振光入射,光束会聚,出射为右旋圆偏振光

  • 当入射光为椭圆偏振光时,则同时存在+1级和-1级衍射光,并且两级衍射光束光强比值与入射光椭偏度相关。

二、产品功能及应用场景

1.无球差

平板透镜为平片结构的衍射器件,其经过精密设计的连续变化的周期结构使得平板透镜具有无球差特性,经过有效孔径的所有光线在径向不同周期位置处发生衍射使得所有光线正好能会聚到相同位置。因此,相比于传统透镜本身固有的球差,平板透镜不需要复杂的球差校正即可在轴上成清晰的像。

2.大色散

平板透镜发散角满足公式:,λ为波长,p为沿径向的周期,当沿径向的周期变化一定时,改变入射波长,不同波长的光将会聚在不同位置处,所以对于同一片平板透镜,不同波长的焦距会存在明显差异,这一特性使得平板透镜可以用于光谱共聚焦传感中,轻松达到传统需要通过透镜组才可实现的色散效果。

光谱共聚焦系统

如图所示,当一束白光经过平板透镜之后,不同波长会会聚在不同位置处形成不同焦点,每个波长的焦点对应一个距离值。在进行测量时,会有某一波长的焦点会聚在被测物体表面上,该波长由于满足共焦条件,可以从被测物体表面反射回来经过小孔进入光谱仪,而其他波长的光会被小孔挡住,只有很小一部分进入光谱仪。通过光谱仪得到光谱曲线,分析光谱能量值就可知道穿过小孔的光线波长,从而得出被测物体到平板透镜的距离。

3.超轻薄

平板透镜制作于N-BK7窗口片上,双层衬底,总厚度为3.2 mm,其中功能层材质为液晶聚合物薄膜,厚度仅为3~5 μm,如采用超薄玻璃衬底,总厚度可低至0.7 mm。相比于传统透镜,平板透镜更易于集成,提高空间利用率。

三、实物效果图

1.产品实物图

2.偏光显微镜下结构图

偏光显微镜下的平板透镜微观结构

3.实际效果图

会聚效果

发散效果

4.曲线图

入射角度与衍射效率关系曲线

四、补充说明

1. 衍射效率及测量方法

1)平板透镜作为一个衍射器件,除了大部分能量集中的±1级光斑,还存在零级等其他衍射级次光斑,因此定义平板透镜的衍射效率为:

2)衍射效率测量方法:

激光器的出射光为准直线偏光时,正入射条件下,旋转1/4波片,使1/4波片的快轴方向与入射光的偏振方向成45°,得到左旋圆偏振光,此时透过PB透镜之后只有发散的右旋圆偏振光。当在较远处观察时,发散光光强会发散的很弱, 而零级仍为准直的偏振光。这时测①处的光强记为I0,测②处的光强记为I1,则衍射效率:

2.定制能力

1)目前已上线的标准平板透镜尺寸如下:

2)除了以上标准的平板透镜,LBTEK还提供多种定制服务,包括定制特殊基底、尺寸、设计波长、焦距等指标,具体定制需求,请联系LBTEK技术支持。

LUBON提供多种参数定制服务,欢迎拨打 18817176549 详谈!