平板微透镜阵列
平板微透镜阵列(MLA,microlens array)是一种基于液晶聚合物的衍射光学原理实现激光匀束、光束整形的平板光学元件,由聚合物薄膜和单片N-BK7窗口片组成,聚合物薄膜上的阵列式相位分布实现微透镜阵列功能。其出射光束形态与微透镜单元的各项参数相关,通过调整微透镜单元的相位周期及轮廓,能够灵活控制出射光束的发散角大小和光斑形状,实现多种不同形状及大小的激光匀束和光束整形需求。同时,该器件偏振相关,为单波长设计,无球差,入射面镀有增透膜,具有高透过率和高衍射效率。
产品介绍

一、产品简介

平板微透镜阵列(MLA,microlens array)是一种基于液晶聚合物的衍射光学原理实现激光匀束、光束整形的平板光学元件,由聚合物薄膜和单片N-BK7窗口片组成,聚合物薄膜上的阵列式相位分布实现微透镜阵列功能。其出射光束形态与微透镜单元的各项参数相关,通过调整微透镜单元的相位周期及轮廓,能够灵活控制出射光束的发散角大小和光斑形状,实现多种不同形状及大小的激光匀束和光束整形需求。同时,该器件偏振相关,为单波长设计,无球差,入射面镀有增透膜,具有高透过率和高衍射效率。

基于以上特点,MLA在波前传感、光聚能、光整形等多种系统中可得到广泛应用,在光信息处理、光互连、光计算、图像扫描仪、光场相机、医疗器械、3D成像和显示等领域中,有巨大发展潜力。

二、产品功能及应用场景

2.1 激光匀束

激光光源经过扩束准直后,平行入射。平行入射的激光束,打在第一面MLA上,经过每个子单元的聚焦,重新形成阵列排布的焦点。可近似地将入射的光束,看成对应于透镜阵列的光束簇阵列。重新聚焦后的多个小光束相互叠加,基于阵列排布的对称性,也即出射小光束的对称性,小光束的不均匀性相互抵消,最终在接收屏幕上形成均匀的目标光斑。

2.2 光纤耦合

光源入射到单元MLA后,其中的右旋圆偏振分量发生会聚,聚焦于一点。整个光束入射到MLA,便在焦平面上形成点阵。焦平面位置即为光纤阵列安装位置,每个光点由此入射到对应的光纤中,在光纤内进行传输。

2.3 波前传感

待测波前经过MLA后,整个光束分化成若干局部光束,并各自携带了相应的斜率信息,通过探测该信息,能够实时测量光强、位相、像差、 PST 、 MTF 和其它参数。

2.4 光场相机

光线通过主镜头后,打到MLA上,并再次成像。置于MLA后的像素,尽管仍然只记录了光线的强度信息,但却因其相对于某个微透镜的位置而记录了光线的方向信息。这样,通过利用微透镜阵列和光电传感器,便记录了通过主透镜的所有光线。在后期处理时,只需要对光线重新追迹即可完成重聚焦。光场相机相当于直接记录了四维光场,不同焦深的图像只不过是在做不同情况下的二维积分。

三、实物效果图

工程漫射体产品实物图

MLA偏振显微镜下的结构图

经光束质量分析仪测得的MLA入射与出射光斑(焦平面上)对比图

MLA焦平面水平中线上能量分布图

四、补充说明

4.1 MLA的偏振特性

  • 当入射光为非偏振光或线性偏振光时,其匀光射束由±1级出射光组成,且±1级出射光分别为发散的左旋圆偏振光和会聚的右旋圆偏振光;
  • 当入射光为右旋圆偏振光时,其匀光射束由+1级出射光组成,为发散的左旋圆偏振光;
  • 当入射光为左旋圆偏振光时,其匀光射束由-1级出射光组成,为会聚的右旋圆偏振光;
  • 当入射光为椭圆偏振光时,其匀光射束由±1级出射光组成,且±1级出射光光强比值与入射光椭偏度相关。

MLA的偏振特性可以帮助实现对于偏振态有特定要求的光束整形场景。实际的MLA在使用时会存在除±1级以外的其他衍射光,但其他各级衍射光的能量之和小于2%。

4.2 MLA中微透镜单元形状与出射光束形状的关系

MLA中微透镜单元的轮廓决定了其出射光束的形状。

4.3 MLA中微透镜单元相位周期与出射光束发散角的关系

MLA中微透镜单元的边缘相位周期决定了其出射光束的发散角。

此处所说的微透镜单元边缘相位周期,指微透镜单元外切圆圆周处的相位周期。

4.4 各参量的测量与计算

4.4.1 出射光束发散角测量方法

如图,MLA到光束截面处的距离为L,光束截面上所截得的光斑的外切圆直径为D,出射光束发散角为θ。根据三角关系:

即可得到出射光束发散角大小。

4.4.2 出射光束发散角与微透镜单元边缘相位周期的关系

理想情况下,正入射时,MLA出射光束发散角θ(半角)与微透镜单元边缘相位周期(外切圆圆周处相位周期)p0及工作波长λ的关系为:

当光束入射方向为斜入射,MLA出射光束发散角会随斜入射角度的改变而发生变化。

4.3 出射光束发散角与微透镜单元焦距、F数的关系

由图,分析微透镜单元边缘处的会聚光线,根据三角关系:

其中,θ为出射光束发散角,d为微透镜单元外切圆直径,f为微透镜单元焦距,F#为微透镜单元F数。

4.5 定制说明

除若干标准品型号外,MLA支持各项参数,如基片尺寸、通光孔径、工作波长、射束发散角、射束形状、微透镜单元尺寸等的定制。具体定制需求,请联系技术支持。

定制建议:

  • 基片尺寸:请根据光学件夹具尺寸确定;
  • 通光孔径:请根据入射光光斑尺寸确定;
  • 工作波长:请根据实际工作波长确定;
  • 射束发散角(或单透镜焦距):请根据对出射光的实际应用需求确定;
  • 射束形状:请根据对出射光的实际应用需求确定;
  • 微透镜单元尺寸:请根据请根据入射光光斑尺寸确定,一般来说,入射光光斑需覆盖至少3*3,即9个微透镜单元,才能达到较好的匀光效果。
LUBON提供多种参数定制服务,欢迎拨打 18817176549 详谈!