포지티브 렌즈는 광학 시스템이 빛의 초점을 맞추거나 수렴해야 할 때 자연스러운 선택이 되는 경우가 많지만 모든 빔 제어 문제를 해결할 수는 없습니다. 대신 레이저 및 이미징 시스템에는 빔 발산의 제어된 증가, 더 큰 빔 직경 또는 기존 광학 장치의 초점 거리를 효과적으로 늘리는 조정이 필요할 수 있습니다. 이러한 상황에서 Double Concave Lens는 근본적으로 다른 광학 기능을 제공합니다.

음의 광 출력으로 인해 시준된 입사광이 전송 후 발산됩니다. 그 결과는 단순히 빛의 방향이 바뀌는 것이 아닙니다. 렌즈는 빔의 기하학적 구조를 변경하고 다운스트림 광학 구성 요소의 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 엔지니어와 광학 부품 구매자의 경우 초점 거리, 직경, 재료, 표면 품질 또는 코팅을 선택하기 전에 Double Concave Lens의 특성을 이해하는 것이 필수적입니다.

이중 오목 렌즈 특성: 렌즈가 발산하는 빛을 생성하는 이유

이중 오목 렌즈의 특징은 안쪽으로 휘어진 광학 표면입니다. 대칭 구성에서는 양쪽의 곡률 반경이 동일하여 균형 잡힌 양면 오목 형상을 만듭니다. 렌즈에는 음의 광 출력이 있기 때문에 평행 또는 시준된 빔으로 입사하는 광선은 마치 입사면의 가상 초점에서 시작된 것처럼 분리 각도가 증가하면서 렌즈를 떠납니다.

이것은 음의 초점 거리의 의미를 설명합니다. 예를 들어 초점 거리가 -50mm라고 해서 렌즈가 빛의 초점을 맞출 수 없다는 의미는 아닙니다. 오히려 이는 렌즈가 음의 광 파워를 가지며 입사된 시준된 빔이 발산된다는 것을 나타냅니다. -1000mm 또는 -2000mm와 같이 음의 초점 거리가 길수록 일반적으로 유사한 조건에서 -50mm 렌즈보다 발산이 약해집니다.

광학 설계자의 경우 이러한 관계로 인해 초점 거리는 빔 확장을 제어할 때 가장 중요한 매개변수 중 하나가 됩니다. 적절한 값은 입력 빔 직경, 원하는 출력 빔 직경, 사용 가능한 광학 경로 및 시스템의 다른 요소 속성에 따라 달라집니다.

재료 선택도 광학 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. ECOPTIK은 광학 유리, 용융 실리카, 사파이어 및 기타 특정 재료로 이중 오목 렌즈를 제조할 수 있습니다. 광학 유리는 광범위한 일반 광학 시스템에 적합할 수 있는 반면, 용융 실리카는 투과 특성, 레이저 용도, 열적 거동 또는 자외선 성능이 중요한 경우에 종종 고려됩니다. 높은 경도, 내구성 또는 까다로운 환경 조건이 설계 요구 사항의 일부인 경우 사파이어를 선택할 수 있습니다. 최종 재료는 공칭 굴절률만으로 선택하기보다는 항상 작동 파장과 시스템 환경을 기준으로 평가해야 합니다.

ECOPTIK은 2mm ~ 300mm의 직경과 -50mm ~ -2000mm의 초점 거리를 지원하여 소형 광학 어셈블리와 대형 빔 제어 시스템 모두에 대한 옵션을 제공합니다.

치수 정확도도 중요합니다. 사용 가능한 직경 공차는 직경이 최대 50mm인 경우 ±0.05mm이고 직경이 50mm를 초과하는 경우 ±0.1mm입니다. 중심 두께는 2mm에서 20mm까지 가능합니다. 이러한 사양은 렌즈가 정의된 기계적 마운트에 꼭 맞아야 하거나, 제어된 광학 경로를 유지해야 하거나, 다중 요소 어셈블리에 통합되어야 하는 경우 특히 중요합니다.

표면 품질과 표면 정확도는 상호 교환 가능한 사양으로 취급되어서는 안 됩니다. ECOPTIK은 60/40, 40/20 및 20/10의 표면 품질 수준을 제공하며, 표면 정확도는 필요한 사양에 따라 632.8nm 또는 532nm에서 λ/2 ~ λ/10에 도달할 수 있습니다.

레이저 시스템의 경우 표면 사양이 향상되면 원치 않는 산란 및 파면 오류를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 표면 정확도는 이중 오목 렌즈가 파면 품질을 유지해야 하는 정밀 빔 경로의 일부를 형성할 때 특히 중요합니다.

클리어 조리개는 85%보다 크고 중심 편차는 <3 arc min에서 30 arc sec까지 지정할 수 있습니다. 이러한 매개변수는 빔 직경, 정렬 감도 및 시스템 수치 요구 사항이 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다. 렌즈는 올바른 공칭 초점 거리를 갖고 있지만 사용 가능한 조리개나 중심 위치가 광학 아키텍처에 적합하지 않은 경우 여전히 성능이 저하될 수 있습니다.

빔 확장, 레이저, 투사 및 이미징에서 이중 오목 렌즈 사용

가장 실용적인 이중 오목 렌즈 용도 중 하나는 빔 확장입니다. 오목 렌즈만으로는 완전한 빔 확장기가 자동으로 생성되지 않습니다. 대신 포지티브 렌즈를 사용하여 필요한 빔 확장 형상을 설정할 수 있습니다. 일반적인 배열에서 네거티브 렌즈는 들어오는 빔을 발산시키는 반면, 적절한 거리에 배치된 포지티브 렌즈는 발산하는 빔을 더 큰 평행 빔으로 변환할 수 있습니다.

이 구성은 빔이 초점 광학 장치, 스캐너, 공간 필터 또는 기타 다운스트림 구성 요소에 도달하기 전에 더 큰 빔 직경이 필요한 레이저 시스템에서 유용합니다. 빔 직경을 늘리면 시스템 설계자가 광학 요소 조리개의 더 큰 부분을 사용할 수 있으며 전체 광학 설계에 따라 더 작은 초점을 맞출 수 있습니다.

음의 초점 거리는 빔이 얼마나 빨리 확장되는지를 결정합니다. 음의 초점 거리가 짧을수록 주어진 전파 거리에 걸쳐 더 강한 발산이 발생하고, 음의 초점 길이가 길수록 더 완만하게 발산됩니다. 따라서 빔 확장을 위한 이중 오목 렌즈를 선택하려면 원하는 최종 빔 직경을 일치시키는 것 이상의 것이 필요합니다. 사용 가능한 광학 경로와 포지티브 요소도 고려해야 합니다.

이중 오목 렌즈는 후속 초점 조정 또는 시준 단계 전에 빔 전파를 수정하기 위한 레이저 시스템에도 유용합니다. 프로젝션 시스템에서 네거티브 광 파워는 다중 요소 시스템의 전체 광 파워를 조정하고 필요한 이미지 공간 또는 물체 공간 기하학을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이미징 광학에서는 설계자가 광학 그룹의 수렴 또는 발산 동작을 수정해야 할 때 이중 오목 렌즈를 통합할 수 있습니다. 그 역할은 일반적으로 개별 구성 요소가 아닌 전체 렌즈 처방에 따라 결정됩니다. 망원경과 기타 빔 제어 시스템에도 동일한 원리가 적용됩니다. 오목한 요소는 시스템 내에서 광 출력을 보상하거나 재분배할 수 있습니다.

이중 오목 렌즈 대 Plano 오목 렌즈

일반적인 선택 질문은 이중 오목 렌즈를 사용할지 아니면 평면 오목 렌즈를 사용할지 여부입니다. 주요 차이점은 표면 형상입니다. 이중 오목 렌즈는 두 개의 오목한 표면을 가지고 있는 반면, 평면 오목 렌즈는 하나의 오목한 표면과 하나의 평평한 표면을 결합합니다.

둘 다 음의 광 출력을 가지고 있지만 광학적 거동, 수차 특성, 기계적 기하학적 구조 및 특정 광학 처방에 대한 적합성은 동일하지 않습니다. 이중 오목 렌즈는 대칭형 음파워 요소를 선호할 때 종종 매력적인 반면, 평면 오목 디자인은 평평한 표면이 기계적 통합을 단순화하거나 특정 광학 레이아웃에 적합할 때 유리할 수 있습니다.

따라서 올바른 선택은 하나의 네거티브 렌즈 유형이 보편적으로 더 낫다고 가정하기보다는 전체 시스템 처방을 기반으로 해야 합니다.

광학 시스템용 Double Concave Lens를 선택하는 방법

조달 및 광학 설계의 경우 가장 효과적인 접근 방식은 필요한 광학 기능부터 시작한 다음 사양을 결정하는 것입니다.

초점 거리는 필요한 발산 및 사용 가능한 전파 거리에 따라 선택해야 합니다. 목표가 짧은 광학 경로 내에서 강력한 빔 확장이라면 상대적으로 짧은 음의 초점 길이가 적절할 수 있습니다. 시스템에 보다 점진적인 발산이 필요한 경우 음의 초점 거리가 더 긴 것이 바람직할 수 있습니다.

빔 크기와 기계적 제약에 따라 직경을 선택해야 합니다. 투명 조리개는 특히 가우시안 빔 프로파일이나 축외 전파가 관련된 경우 실제 빔에 충분한 사용 가능한 영역을 제공해야 합니다. ECOPTIK의 2~300mm 직경 범위를 통해 렌즈 크기를 소형 및 대형 조리개 시스템 모두에 맞출 수 있습니다.

재료는 파장 및 작동 조건과 일치해야 합니다. 레이저 응용 분야의 경우 사양을 확정하기 전에 실제 작동 파장에서 전송 범위와 재료 동작을 확인해야 합니다. 용융 실리카는 까다로운 레이저 및 광대역 응용 분야에 고려될 수 있는 반면 광학 유리와 사파이어는 다양한 성능 및 환경 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

광학 정밀도가 증가함에 따라 표면 품질과 표면 정확도가 점점 더 중요해지고 있습니다. 20/10 표면 품질 사양과 λ/10 클래스 표면 정확도는 범용 광학 부품과는 상당히 다른 요구 사항을 나타냅니다. 적절한 등급은 단순히 사용 가능한 최고 사양을 선택하는 것이 아니라 시스템의 파면, 산란 및 이미징 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다.

중심 편차는 정밀 어셈블리에 대한 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 과도한 웨지 또는 중심 오류는 정렬 문제를 야기하고 공칭 광축을 기준으로 렌즈의 실제 동작을 변경할 수 있습니다. 정렬 허용 오차가 엄격한 시스템의 경우 30아크초만큼 낮은 사양이 적합할 수 있습니다.

마지막으로 AR 코팅은 작동 파장, 입사각, 편광 요구 사항 및 예상 광 출력에 따라 선택해야 합니다. 한 파장에 맞게 설계된 코팅이 다른 파장에서 최적의 성능을 제공한다고 자동으로 가정해서는 안 됩니다. ECOPTIK은 고객 요구 사항에 따라 코팅 구성을 제공할 수 있으므로 원하는 광학 밴드 및 시스템 조건에 맞게 이중 오목 렌즈를 지정할 수 있습니다.

ECOPTIK은 15년간 광학 부품 제조 기술을 연구해 왔으며 렌즈, 프리즘, 윈도우, 필터, 원통형 거울, 돔 광학, 미세 광학 부품 등 정밀 광학 부품을 제조하고 있습니다. 재료 옵션에는 Schott, CDGM 및 Corning의 유리뿐만 아니라 사파이어, CaF², MgF², 용융 실리카, 실리콘, ZnSe 및 ZnS가 포함됩니다. 이 회사는 또한 렌즈 조립 서비스도 제공합니다.

품질 관리 및 광학 특성화를 위해 ECOPTIK은 ZYGO 레이저 간섭계, ZEISS CMM Spectrum 및 Agilent Cary 7000 UMS를 사용하여 치수 및 광학 테스트를 지원하고 제품 보고서를 제공합니다.

엔지니어의 핵심은 Double Concave Lens를 선택할 때 렌즈 이름보다는 필요한 빔 동작부터 시작해야 한다는 것입니다. 음의 초점 거리는 광 출력을 결정하고 곡률은 해당 출력이 생성되는 방식을 정의하며 직경, 조리개, 표면 정확도, 중심점, 재료 및 코팅은 구성 요소가 의도한 시스템 내에서 안정적으로 작동할 수 있는지 여부를 결정합니다. 이러한 Double Concave Lens 특성을 특정 double concave lens 용도에 직접 연결함으로써 엔지니어와 조달 팀은 단순히 공칭 네가티브 렌즈를 선택하는 대신 실제 광학 설계에 맞는 사양을 선택할 수 있습니다.