镜片常识.docx
《镜片常识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镜片常识.docx（48页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
镜片常识
ABS
Absorption，吸收
AG
AsGenerated，原生的
Al
Aluminum，铝
AOI
AngleofIncidence，入射角
AR
Anti-ReflectionCoating，增透膜
ASPH
Asphere，非球面
BBAR
BroadbandAnti-ReflectionCoating，
宽频增透膜
BC
BeamCombiner，合束镜
BS
Beamsplitter，分光镜
CA
ClearAperture（coated），通光口径（镀膜的）
CC
Concave，凹面
CdTe
CadmiumTelluride，碲化镉
CSM
CustomerSuppliedMount，
客户提供的支架
Cu
Copper，铜
CT
CenterThickness，中央厚度
CTG
Coating，涂层
CX
Convex，凸面
CYL
Cylinder，圆柱体
DAR
DualWavelengthAnti-ReflectionCoating，双波长增透膜
DEG
Degree，度
DIA
Diameter，直径
DLC
Diamond-LikeCoating，类金刚石涂层
DT
Diamond-Turned，经过金刚石切削处理的
EFL
EffectiveFocalLength，有效焦距
ET
EdgeThickness，边缘厚度
ETV
EdgeThicknessVariation，边缘厚度变化
FG
FineGrind，精细打磨
F
Fittings，配件
FL
FocalLength，焦距
FS
FineShine，精细抛光
GaAs
GalliumArsenide，砷化镓
Ge
Germanium，锗
ID
InsideDiameter，内直径
In
Indium，铟
IRR
Irregularity，不规则
LM
LaserMarked，激光标刻
M
Meter，米
MEN
Meniscus，凹凸的
MM
Millimeter，毫米
Mo
Molybdenum，钼
NEG
Negative，负的
OD
OutsideDiameter，外直径
OFHC
OxygenFreeHighConductivity，无氧高传导
OG
OpticalGrade，光学级的
PR
PartialReflector，半透反射镜
PO
Plano，平的
POL
Polarization，偏振
POS
Positive，正的
PWR
Power，功率
R
Reflectivity，反射率
REFL
Reflector，反射镜
RWK
Rework，返工
SC
SingleCrystal，单晶体
SD
Scratch-Dig划痕和点
Si
Silicon，硅
SMTY
SufficientMaterialtoYield，粗坯
SPT
SinglePointTurned，单点切削
T
Transmission，透射
THK
Thickness，厚度
UC
Uncoated，无涂层
VP
ViewPolished，表面抛光
W
Wedge，光楔
WC
Water-Cooled，水冷的
WD
WorkingDistance，工作距离
WL
Wavelength，波长
WDW
Window，窗口
WS
WitnessSample，核查用试样
W&L
Widthand/orLength，宽度和/或长度
ZnSe
ZincSelenide，硒化锌
ZnS
ZincSulfide，硫化锌
ZnSMS
ZincSulfideMultiSpectral，硫化锌多光谱
教程：
红外光学元件的处理和清洁
窗体顶端
窗体底端
红外光学元件的处理和清洁
在处理红外光学元件时应格外小心。
请注意下列防范措施：
∙在处理光学元件时，应始终佩戴无粉指套或橡胶/乳胶手套。
皮肤上的污物和油迹会严重污染光学元件，使其性能大幅度下降。
∙请勿使用任何工具操作光学元件，包括镊子。
∙出于保护的目的，应始终将光学元件放置在提供的拭镜纸上。
∙请勿将光学元件放置在坚硬或粗糙的表面。
红外光学元件很容易被划伤。
∙不可对裸露在外的金或铜表面进行清洁或触摸。
∙所有用来制作红外光学元件的材料都是易碎的，无论它们是单晶体还是多晶体，无论晶粒是大是小。
它们的强度不如玻璃，无法承受通常用于玻璃光学元件的那些操作程序。
由于在清洁已安装镜架的光学元件时会遇到多种问题，建议您只将此处描述的清洁程序用在未安装的光学元件上。
如果必须清洁已安装的光学元件，请参考方括号中那些采用斜体字体的部分。
它们是在清洁已安装的光学元件时必须执行的额外步骤。
注意：
除了进行以下介绍的第一，二步清洁，新光学元件不需要进行其它清理。
在离开贰陆之前，我们已对元件进行了高质量的清洁和包装。
如果您怀疑新收到的元件有污染或外观问题，请尽快联络贰陆
步骤1-针对轻度污染（灰尘、纤维微粒）进行柔性清洁
在继续下面的清洁步骤之前，先用一个吹气气囊吹掉光学元件表面散落的污染物。
如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤2。
注意：
避免使用车间里的空气管道，因为它们通常含有大量的油和水。
这些污染物会在光学元件的表面形成有害的吸收层。
[对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。
]
步骤2-针对轻度污染（污渍、指印）进行柔性清洁
用丙酮或异丙醇酒精浸润一个未使用的棉签或棉球。
用湿棉轻轻擦拭光学元件的表面。
请勿用力摩擦。
在表面拖动湿棉，控制拖动速度，使湿棉后面留下的液体恰好能立即蒸发。
如此将不会留下条痕。
如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤3。
注意：
只能使用签体纯纸杆棉签，以及高质量医用棉球。
建议使用试剂级的丙酮和异丙醇酒精。
[对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。
]
步骤2（备用方法）“拖动法”–针对轻度污染进行柔性清洁
（注意：
“拖动法”并不是贰陆红外公司的首选清洁方法。
）
将拭镜纸放在光学元件的表面。
使用滴管，挤出几滴丙酮滴在拭镜纸上，润湿整个光学元件直径。
请不要拿起拭镜纸，应在光学元件上拖动拭镜纸并控制速度，使拭镜纸后面留下的液体恰好能立即蒸发。
如此将不会留下条痕。
如果这一步没有去除污染，请继续执行步骤3。
注意：
只能使用光学元件清洁工具套件中提供的拭镜纸或其他高品质拭镜纸。
建议使用试剂级的丙酮。
[这一方法无法用于已安装的光学元件。
]
步骤3–针对中度污染（唾液，油）进行中等强度的清洁
用蒸馏白醋浸润一个未使用过的棉签或棉球。
用湿棉擦以轻微的压力拭光学元件的表面。
用一个干净的干棉签擦去光学元件上多余的蒸馏醋。
随即用丙酮浸润一个棉签或棉球轻轻擦拭光学元件的表面，去除所有的醋酸。
如果这一步没有去除污染物，请继续执行步骤4。
注意：
只能使用签体纯纸杆棉签。
只能使用经过捡选、不含任何研磨物的高质量医用棉球。
您应当使用含有6%醋酸成份的蒸馏白醋。
[对于已安装的光学元件，无需执行额外的步骤。
]
步骤4–对受到严重污染（泼溅物）的光学元件进行强力清洁
警告：
步骤4绝不能用于新的或未使用过的激光光学元件。
只有光学元件在使用中被严重污染，且在执行步骤2或3后未能取得可以接受的清洁效果的情况下才能使用这一步骤。
如果去除了薄膜涂层，光学元件的性能将被完全破坏。
如果光学元件的颜色发生明显变化，说明它的薄膜涂层已被去除。
受到严重污染和较脏的光学元件，可能需要使用光学抛光化合物去除具有吸收作用的污染层。
A.
在打开装有抛光剂的容器前，应充分晃动该容器。
倒出四或五滴抛光剂，将其滴在棉球上。
在需要清洁的光学元件表面，以划圆的方式轻轻移动棉球。
切勿按压棉球！
应利用棉球自身的重量，在表面轻轻地拖动。
如果施加太大压力，抛光剂会很快在光学元件的表面造成划痕。
请不断旋转光学元件，以免会对某个方向进行过度抛光。
清洁光学元件所用的时间不应超过30秒。
如果在这一步骤中，您发现光学元件表面的颜色发生变化，应立即停止抛光。
颜色改变，说明薄膜涂层的外部已被腐蚀。
[对于已安装的光学元件，如果要对它的表面进行全面清洁，则应使用绒头棉签，而不是棉球。
特别是在光学元件的直径较小时。
请务必小心，不要在使用棉签时对其施加压力。
[绒头棉签的制作方法是，将一根未使用过的棉签放在不含有外部微粒的泡沫上，然后前后摩擦。
]
步骤4（续）
B.
在使用抛光剂之后，用蒸馏水浸润一根未使用的棉签，然后用它轻轻擦拭光学元件的表面。
彻底蘸湿光学元件表面，尽可能去除抛光残渣。
切勿使光学元件的表面变得干燥。
这会使去除抛光残渣的工作变得更加困难。
[对于已安装的光学元件，可以换用绒头棉签。
尽可能多地去除抛光残渣，特别是在镜座的边缘附近。
]
步骤4（续）
C.
用异丙醇酒精迅速润湿一根绒头棉签，然后用它轻轻地对光学元件的表面进行彻底清洁。
用棉签的头部盖住整个表面，尽可能多地清除抛光残渣。
注意：
如果光学元件的尺寸大于或等于2.00”，则这一步骤可以用棉球代替棉签。
[对于已安装的光学元件，应将棉签放置在光学元件的中央，然后向外、向光学元件的边缘做螺旋运动。
]
步骤4（续）
D.
用丙酮浸湿绒头棉签，用它清洁光学元件的表面，以去除在清洁过程中残留的所有异丙醇酒精和抛光残渣。
当用丙酮进行最后的清洁工作时，请在光学元件上轻轻拖动棉签，拭去原先留下的痕迹，直到整个表面都被擦拭干净为止。
在用棉签做出最后一个擦拭动作时，应慢慢移动，以确保棉签后面的表面能立即变干。
这可以消除表面的条痕。
[对于已安装的光学元件，应使用一根蘸有丙酮的绒头棉签，从光学元件的中央开始，向外、向光学元件的边缘做螺旋运动。
用一根蘸有丙酮的新棉签，沿着光学元件外的镜座移动，以去除抛光残渣。
如果有必要，可以多次重复这一步骤，以确保当您将棉签拿起，使它离开表面时，光学元件的边缘已经不再留有抛光残渣。
]
[如果是已安装的光学元件，您可能无法去除表面上所有残渣痕迹，特别是在外侧边缘附近。
请确保剩余的残渣只沿光学元件最靠外的边缘分布，而不是留在光学元件的中央。
]
结束语
最后一个步骤是，在良好的光线下，以黑色背景为衬托，仔细检查光学元件的表面。
如果还有可见的抛光残渣，请根据需要多次重复步骤4B-4D。
注意
某些类型的污染或损坏（如金属泼溅物，坑洞等）是无法去除的。
如果光学元件上有上述污染或损坏，您可能需要对其进行更换。
教程：
如何选择合适的聚焦透镜
窗体顶端
窗体底端
案例1：
在透镜焦距已经固定的情况下，确定最佳输入光束直径
出于系统机械设计的考虑因素，往往会对透镜的焦距造成限制。
例如，根据限制，聚焦透镜与工件之间的距离会有一个最小限度。
在这种情况下，最实际的做法是，选择焦距符合系统机械部分限制条件的透镜，然后根据该透镜改变输入光束的直径，以尽可能地减小焦点尺寸。
为了确定采用多大的输入光束直径才能将光斑尺寸减到最小，我们根据计算光斑大小的方程式，先对光束直径求导数，然后将导数设为0，求出光斑的最小值。
这将得到下列方程：
回到我们的上一个例子，如果使用硒化锌制作凹凸透镜，则其焦距限值为5.00”，即127mm，我们可以计算出，最佳输入光束直径为26mm。
将这个值代入计算光斑大小的方程式，得出光斑大小为86µm，这和我们在“确定光斑大小”部分中看到的数字相同。
如果我们对焦距为5.00”的硒化硫平凸透镜进行计算，可以得出最佳输入光束直径为24mm，它提供的焦点直径为96µm。
如果系统中现有的激光光束直径与计算出的输入光束直径相去甚远，请扩大或缩小激光光束直径，使它等于这一尺寸。
要扩大或缩小光束的直径，您可以使用扩束镜或聚光器，也可以用多个透镜自制扩束镜或聚光镜。
案例2：
在输入光束直径已经固定的情况下，确定最佳透镜焦距
如果不可能或不愿改变系统的光束直径大小，您最好知道使用何种焦距才能使光斑尺寸减到最小。
为了确定采用多大的焦距才能将光斑尺寸减到最小，我们根据计算光斑大小的方程式，求出关于焦距的导数，然后将导数设为0，求出光斑的最小值。
这将得到下列方程：
在求出最佳焦距后，您可以在我们产品目录中找出焦距与最佳值最相近的透镜，此外，在某些重要的应用，贰陆公司还可以为您精确地制作具有所需的焦距和公差的光学元件。
正如在先前的讨论中看到的那样，当焦距或输入光束直径存在限制情况下，能够得到的焦点大小有一个限值。
如果计算出的最小光斑大于当前应用中所需的尺寸，那么您别无选择，只能寄希望于改变某些光学系统参数了。
注意
对于大功率CO2激光器，一般不建议使用的透镜的直径大于光束直径（1/e2）的1.5倍以上。
如果大于此倍数，发生热形变的可能性会相应增加。
之所以会如此，是因为透镜中央被光束照射而受热的区域与边缘较冷的区域的距离增大，导致整个光学元件的热梯度过大。
教程：
确定光斑大小Size
窗体顶端
窗体底端
确定光斑大小
可以通过平衡衍射和球差的光斑效应来得到出某个特定透镜的最小光斑尺寸。
例如，对于一个焦距为5.00”的硒化锌凹凸透镜，其因衍射和球差带来的光斑大小可以表示为一个以输入光束直径为参数的函数，如下所示。
这一结论假设该透镜采用的是一条理想的极限衍射输入光束（M2=1）。
衍射和球差带来的光斑大小之和也显示在图中。
衍射和球差带来的光斑大小
从图中可以看出，由球差和衍射带来的总光斑尺寸有一个最小值。
当输入光束直径为25mm时，此最小值为85um。
严格地说，将球差和衍射带来的光斑大小简单相加求和并不能得到正确的实际光斑大小，但它能估算出最坏的情况下光斑尺寸，一般来讲，它可被用作选择透镜的合适参数。
总结如下：
教程：
光吸收
窗体顶端
窗体底端
贰陆红外公司的MP-5®超低吸收透镜
影响吸收的各种因素
∙基底体吸收
∙涂层吸收
∙表面污染
∙表面衍射
激光光学元件和光吸收的重要作用
自从1971年成立时起，贰陆公司就一直在光学材料和涂层的开发方面扮演着关键的角色，我们的光学材料和涂层使CO2激光成为一项领先的材料加工技术，除此之外，它也在包括激光手术、激光成像、目标定位和安全监控在内的广泛领域发挥着重要作用。
CO2激光器技术的进展使功率高于1kW的激光器得以在20世纪70年代的早期被开发出来。
显然，这需要对光学材料和光学涂层技术有深入的理解。
大功率红外激光器（包括高能密度波导激光器）的性能严重依赖于对光学元件基底，薄膜涂层和及其界面的吸收控制。
贰陆公司是红外激光光学元件技术的领军者。
在激光光学元件中的吸收
包括灰尘、油、指印和碳水化合物在内的多种外来材料都会对光学元件的表面造成污染。
这些污染物如果沉积在光学元件表面会产生光线吸收，从而导致光学元件的使用寿命缩短，并降低它的效率。
由污染造成的局部热量升高可能会导致高功率激光光学元件出现“热失控”现象。
高温会使整块材料中的自由载体增多，吸收率也随之提高。
当这一过程达到并超过临界点，会发生类似雪崩的热失控现象。
对于锗，这发生在高于50°C时。
而对于硒化锌和砷化镓，此临界温度则是高于200°C。
光学元件表面的缺陷也会造成吸收，这些缺陷包括：
∙划痕
∙坑洞和点
∙内部嵌入的抛光磨料
∙涂层针孔
∙涂层中的杂质
这些表面缺陷会成为易损伤点，这是由于它们周围的电场受到严重的扰动从而会降低其性能。
CO2激光器中的吸收效应
对CO2激光波长的吸收率、光学元件的导热性及其镜座，对激光系统的性能和光学元件的寿命都是重要的决定因素。
尽管导致产生吸收的各种来源和控制因素都相当复杂，但是它们的造成的结果却是显而易见的，包括：
∙输出功率下降
∙输出功率波动
∙模式不稳
∙焦点漂移
∙涂层失效
∙外腔光学元件失效（因输出镜的热透镜效应或光束传输系统被污染造成）
所有这些失效现象都可归因于热透镜效应（由于吸收而使光学元件的物理特性发生实质变化）。
当材料的折射率因温度而发生变化时，热透镜效应对光束模式造成的影响会进一步加大。
材料折射率的变化有更重要的影响，它会使透射光束发生进一步的光学失真。
通过测试保证低吸收率
贰陆公司是第一家设立了激光真空热量测定测试设施的红外光学元件制造商，这套设施的目的是测量商业CO2激光光学元件的吸收率。
在进行激光热量测定时，光学元件的样品会被安装在真空环境中以隔绝热量。
接下来，该样品会受到CO2激光光束的照射，同时，热电偶将监测样品的温度升高状况。
然后关闭激光光束，样品会冷却下来。
在精确测量了样品质量、激光光束入射功率，以及测试中的加热和冷却温度变化梯度之后，您可以计算出相对于入射激光功率的总样品吸收百分比。
为了保持在高品质低吸收涂层领域的领导地位，贰陆公司的技术人员会对激光热量测定系统进行定期的校准测试和改进。
贰陆公司拥有众多业界领先的创新项目，这套测试设施就是其中最重要的一项，它使贰陆公司始终处于CO2激光光学元件技术的最前沿。
教程：
非球面透镜
窗体顶端
窗体底端
教程：
非球面透镜
在光学系统中使用非球面的表面，可以在光斑大小方面取得更好的性能，或是在系统中只需使用较少的元件即可取得与原先类似的性能。
用常规的抛光流程是很难制作出这些非球面表面的。
贰陆公司的金刚石切削设施中包括两轴机床，它们可以制作具有非球面几何结构的精确光学元件表面。
适于进行此类机械加工的红外材料有锗、硒化锌、硫化锌和硅。
下面的草图显示的是一个平凸型非球面透镜部件，包括各个非球面曲线参数的定义。
其中：
∙R为顶点的曲率半径（基圆半径）
∙K为圆锥常数
∙A4...A20为非球面系数
对于只含有一个元件的透镜设计，设计者可以使用一个非球面表面以校正球差，这样，理论上的光斑大小只受到衍射作用的限制。
下表显示的是，当一束在1/e2点处直径为21mm的高斯光束（M2=1）照射在焦距为2.50”的各种透镜上时形成的理论光斑大小。
透镜类型
平凸透镜
凹凸透镜
球面透镜
理论光斑大小
106µm
84µm
41µm
教程：
常用公式
窗体顶端
窗体底端
光斑大小
球面的弧矢值（Sagitta,SAG）
聚焦深度（DOF）
厚镜成像公式
45度倒角斜面宽度（BFW）
斯涅尔定律
光通过平行平面时产生的位移
光通过小光楔时产生的偏移量
边缘厚度变化（ETV）和楔角
波与干涉条纹（两种不同的波长）的换算
波与干涉条纹（单波长）的换算
教程：
透镜形状
窗体顶端
窗体底端
透镜形状
在计算光斑大小的公式中，我们可以看到，衍射带来的光斑大小与透镜形状无关，但透镜形状会通过参数k影响球差带来的光斑大小。
因此，当球差带来的光斑占较大比例时（发生在低光圈值的情况下），透镜的形状就变得很重要了。
贰陆公司提供最好的凹凸透镜、平凸透镜和非球面透镜。
平凸透镜的主要优点在于成本较低，而凹凸透镜则能提供更好的性能。
因此，针对特定的应用选择合适的透镜形状，是一种在成本和性能因素之间折衷的做法。
如果您要进行评估，可以使用公式计算出两种不同形状下的光斑大小，请参见“选择合适的聚焦透镜”中的例子，在该例中，使用的是焦距为5.00”的透镜。
在某些情况下，想要精确地计算出光斑大小是不可能的。
例如，当激光器包含高次模光时，您很难准确地探测和分析高次模光对透镜性能的影响。
在此类情况下您可参考以下原则，光圈值在f/5以下时，凹凸透镜具有较好的性能。
如果光圈值介于5和10之间，两种透镜形状间的性能差异就可以忽略不计了。
如果光圈值大于f/10，透镜形状不会使性能产生显著差
教程：
透镜
窗体顶端
窗体底端
从左上角开始，沿顺时针方向，依次是：
在热压作用下透镜在各阶段的变化过程。
透镜
所有的透镜，无论它们是什么形状，都有一些共同的特性。
其中最重要的是焦距。
关键是，您应当理解焦距的测量方法，以及各种因素是如何影响透镜的聚焦点的。
焦距
如左图所示，有三种数值可以用来表示透镜的焦距。
最常用的是有效焦距（EFL），它决定了透镜的放大能力，在规格表中，它常常用来描述某个透镜的焦距。
EFL是用公式计算出来的，它与透镜内部或附近的某个虚拟“主平面”有关。
透镜的设计不同，虚拟平面位置也各异，单凭肉眼查看是无法找到它们的位置的。
后焦距（BFL）和工作距离（WD）将焦点与透镜表面上各个实际的点联系起来，可以很容易地观察到这些点。
仅当物体与透镜的距离为无限远时（相当于有一条理想的准直输入），透镜才会在像距等于EFL的那个位置形成一个点。
除此之外，无论物距是什么数值，成像点与透镜的距离都大于焦距。
理想状态下，像距与物距间的关系符合下列公式：
其中o是指物体到透镜主平面的距离，i是所成的像到第二主平面的距离，而f表示透镜的焦距。
在此情况下的几何关系如图2所示。
如果用的是激光，光腰一般可被视为物体。
激光器制造商会提供光腰相对于激光器的位置数据，以使您可以随时计算出像距。
这种关系是十分重要的，因为在许多激光光束传递系统（即“飞行光学”系统）里，在工作过程中，透镜系统会相对于激光的光腰发生运动。
其结果是，焦点的位置也会发生位移。
实际中有几种效应会对透镜的聚焦位置造成影响，尤其是在高功率激光系统中。
工作中激光功率吸收效应会使透镜温度升高。
温度的变化会改变折射率、光学元件的热膨胀率，折射率在应力的诱导下也会发生变化（光弹效应）。
这将导致热透镜效应，并进而改变工作焦距。
物距与像距的关
教程：
偏振
窗体顶端
窗体底端
偏振
偏振是所有激光束固有的一项重要光学特性。
布鲁斯特窗口、反射式园偏振镜和吸收式薄膜反射器都利用了偏振的特点。
另一方面，如果您忽视了偏振，它可能会为您带来麻烦，有时还会导致无法预测的结果。
实际上，所有激光源都会表现出某种程度的偏振特性，因此，您有必要了解它的影响，以便正确地选择元件。
下面的内容提供了关于偏振的基本定义，并介绍了几种常见的偏振类型。
光是一种横向电磁波；这意味着电场矢量和磁场的矢量垂直于波的传播方向。
（图1。
）当某个波列的所有电场矢量都处于同一平面时，我们可以说这个波是平面偏振或线偏振。
这个平面的方向即为偏振方向。
升级会员 