많은 광학 시스템에서는 한 방향에서만 빔 제어가 필요합니다. 레이저는 원래의 수직 치수를 유지하면서 수평으로 확장해야 할 수도 있고, 이미징 시스템은 높이에 동일한 광 출력을 적용하지 않고 이미지의 너비를 수정해야 할 수도 있습니다. 기존 구면 렌즈는 광 출력이 두 축 모두에 작용하기 때문에 이러한 유형의 선택적 제어를 제공할 수 없습니다.

이것이 바로 평면 오목 렌즈 사용을 평가하는 엔지니어가 단순히 더 큰 빔을 생성하는 렌즈를 찾기보다는 원통형 광학에 초점을 맞추는 이유입니다. 평면 -오목 원통형 렌즈는 한 축을 따라 음의 원통형 광학 출력을 도입하여 직교 축은 실질적으로 영향을 받지 않은 상태로 유지하면서 시준된 빔이 해당 방향으로 발산하도록 합니다. 올바른 초점 거리, 재료, 조리개 및 표면 사양은 실제 빔 경로 및 시스템 요구 사항에 따라 달라집니다.

Plano-Concave Cylindrical Lens가 One-Axis Divergence를 생성하는 방법

평면-오목 원통형 렌즈는 평평한 표면과 오목한 원통형 표면을 가지고 있습니다. 구면 네거티브 렌즈와 달리 광학 출력은 한 자오선 방향으로 집중됩니다.

시준된 빛이 렌즈에 들어오면 원통형 표면이 한 축에서 광선의 전파 각도를 변경합니다. 광선은 마치 렌즈의 입사면에 위치한 가상선 초점에서 시작된 것처럼 발산됩니다. 직교축은 동등한 원통형 동력을 거의 또는 전혀 받지 않습니다.

이러한 구별은 빔 형성 시스템에서 중요합니다. 레이저 빔이 수평 방향보다 수직 방향에서 더 넓은 경우 원통형 렌즈를 선택하여 필요한 축만 수정할 수 있습니다. 결과 빔은 다른 축에 불필요한 광 출력을 도입하지 않고도 원하는 종횡비에 더 가깝게 이동할 수 있습니다.

발산 정도는 렌즈의 음의 초점 거리와 밀접한 관련이 있습니다. -10mm와 같이 절대 초점 거리가 더 짧을수록 초점 거리가 -200mm인 렌즈보다 더 강력한 광학 성능을 생성합니다. 그러나 초점 거리만으로는 최종 빔 크기가 결정되지 않습니다. 초기 빔 직경, 전파 거리, 렌즈 위치 및 원하는 출력 크기도 고려해야 합니다.

예를 들어, 상대적으로 긴 광학 경로에 걸쳐 점진적으로 확장해야 하는 빔은 단거리에서만 확장이 발생해야 하는 소형 광학 조립체와 실질적으로 다른 초점 거리를 요구할 수 있습니다.

평면-오목 렌즈는 무엇을 위해 사용됩니까?

평면 오목 렌즈의 가장 유용한 용도 중 하나는 Anamorphic Beam Shaping입니다. 많은 레이저 소스는 완벽한 원형 프로파일이 아닌 타원형 또는 비대칭 빔을 생성합니다. 한 축만 교정이 필요한 경우 원통형 네거티브 렌즈를 사용하면 해당 치수를 선택적으로 늘릴 수 있습니다.

1차원 이미지 압축에도 동일한 원리가 적용됩니다. 이미징 시스템에서 원통형 광 출력은 수직 방향에 동일한 배율 변경을 적용하지 않고 한 방향을 따라 이미지 형상을 수정할 수 있습니다. 이는 이미지를 검출기, 슬릿 또는 비대칭 활성 영역이 있는 다운스트림 광학 요소와 일치시켜야 하는 경우에 유용할 수 있습니다.

평오목 원통형 렌즈는 레이저 빔 확장 시스템에 통합될 수도 있습니다. 음의 광 출력은 시준된 빔의 한 축을 발산시켜 전파 중에 빔 폭을 증가시킵니다. 다른 원통형 또는 구형 광학 장치와 결합하면 제어된 발산이 더욱 복잡한 빔 조절 시스템의 일부가 될 수 있습니다.

레이저 라인 생성은 또 다른 응용 분야이지만 정확한 광학 배열을 신중하게 고려해야 합니다. 네가티브 원통형 요소는 포지티브 원통형 렌즈와 같은 방식으로 수렴 라인 초점을 생성하지 않습니다. 대신, 후속 포커싱 광학 장치가 필요한 라인을 생성하기 전에 한 축을 확장하거나 모양을 변경하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템에서 평면 오목 렌즈는 반드시 최종 포커싱 요소가 되기보다는 빔 조정 단계의 일부입니다.

이러한 구별은 광학 시스템이 특정 위치에서 Positive 또는 Negative 원통형 파워를 필요로 하는지 고려하지 않고 원하는 최종 빔 형태에 따라 원통형 렌즈를 선택하는 일반적인 선택 오류를 방지하는 데 도움이 됩니다.

음의 초점 거리를 선택하는 방법

평면 오목 원통형 렌즈의 경우 초점 거리는 단순히 사양서에 인쇄된 숫자가 아닙니다. 이는 음의 광 출력의 강도를 결정하므로 선택한 축이 얼마나 빨리 분기되는지에 영향을 미칩니다.

ECOPTIK은 -3.9mm에서 -700mm까지의 초점 거리를 제공합니다. 적절한 값은 시작 빔 직경, 필요한 확장, 사용 가능한 전파 거리 및 기타 광학 구성 요소의 위치에 따라 달라집니다.

상대적으로 짧은 음의 초점 길이는 컴팩트한 광학 경로 내에서 강한 발산이 필요할 때 유용합니다. 더 긴 음의 초점 길이는 더 약한 원통형 출력을 제공하며 빔이 더 긴 거리에 걸쳐 점진적으로 확장되어야 할 때 더 적합할 수 있습니다.

따라서 설계는 렌즈 직경만 고려하기보다는 필요한 출력 빔 치수부터 시작해야 합니다. 엔지니어는 다음을 결정해야 합니다.

• 제어되는 축의 초기 빔 크기

• 필요한 출력 빔 크기

• 빔 확장이 가능한 거리

• 원하는 발산

• 다운스트림 광학 장치의 위치

• 필요한 빔 종횡비

그런 다음 광학적 기하학적 구조에 필요한 음의 초점 거리에 따라 렌즈를 선택할 수 있습니다.

초점 거리 허용 오차도 주목할 만합니다. ECOPTIK은 고정밀 요구 사항에 대해 ±1%에서 ±3%까지의 허용 오차를 제공합니다. 초점 거리의 변화는 유효 음의 광 출력을 변경하므로 예상되는 발산도 변경됩니다. 전파 거리가 상당한 빔 성형 시스템에서 이러한 차이는 다음 광학 요소의 빔 크기에 영향을 미칠 수 있으며 추가 정렬 또는 조정이 필요할 수 있습니다.

다양한 광파장에 대한 재료 선택

재료 선택은 단순히 원하는 기계적 치수보다는 작동 파장을 따라야 합니다.

ECOPTIK은 N-BK7/H-K9L, 용융 실리카(UVFS) 및 CaF2를 포함한 재료로 평면 오목 원통형 렌즈를 제공합니다.

N-BK7/H-K9L은 일반적으로 전송 범위와 확립된 광학 특성이 애플리케이션에 적합한 가시광선 및 근적외선 광학 시스템으로 간주됩니다. 용융 실리카는 자외선 투과, 열 특성 또는 더 넓은 스펙트럼 성능이 필요할 때 특히 적합합니다. CaF₂는 자외선 및 적외선 영역으로 확장되는 투과 특성이 필요한 광학 시스템에 선택할 수 있습니다.

따라서 레이저 빔 성형 어셈블리의 경우 기판을 선택하기 전에 파장을 정의해야 합니다. 재료 선택은 투과에 영향을 미치며 분산이 관련될 경우 전체 광학 설계에도 영향을 미칠 수 있습니다.

표면 품질, 정확성 및 기계적 허용 오차

광학 표면 사양은 특히 레이저 시스템에서 빔 동작에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

사용 가능한 표면 품질 옵션에는 40-20 및 60-40이 포함됩니다. 표면 품질은 긁힘, 파임 등의 결함을 나타냅니다. 미광에 민감한 시스템의 경우 이러한 결함으로 인해 산란 및 원치 않는 배경 강도가 발생할 수 있습니다.

표면 정확도는 632.8nm에서 λ/2 또는 λ/4로 지정됩니다. 표면 품질과 달리 이 매개변수는 광학 표면 모양의 정확성과 그에 따른 투과 파면에 대한 영향과 관련이 있습니다.

일반적인 빔 확장 시스템의 경우 가장 엄격한 표면 사양이 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 정밀 레이저 시스템에서는 빔이 원통형 요소를 통과한 후 제어된 프로파일을 유지해야 하기 때문에 파면 왜곡이 더욱 중요해질 수 있습니다.

기계적 직경 범위는 2mm ~ 300mm이며 일반적인 직경 공차는 +0.0/-0.1mm입니다. 필요한 직경은 입사 빔 조리개 및 기계적 장착 배열과 관련이 있어야 합니다. 렌즈 크기가 너무 크면 패키지 크기가 불필요하게 늘어나고, 클리어 조리개가 충분하지 않으면 빔이 잘릴 수 있습니다.

평면-오목 대 평면-볼록 원통형 렌즈

두 가지 렌즈 유형을 구별하는 가장 유용한 방법은 광학 기능입니다.

평면 오목 원통형 렌즈는 음의 원통형 도수를 제공합니다. 이는 한 축에서 발산을 일으키므로 한 축 빔 확장, 종횡비 보정 및 제어된 빔 성형에 유용합니다.

평면 볼록 원통형 렌즈는 포지티브 원통형 도수를 제공합니다. 빛을 한 축으로 모아서 시준된 입력광으로부터 라인 초점을 형성할 수 있습니다.

따라서 선택은 간단한 시각적 질문으로 시작할 수 있습니다.

시스템에 1축 발산이 필요한가요, 아니면 1축 수렴이 필요한가요?

빔을 한 방향으로 확장해야 하는 경우 평면 오목 원통형 렌즈가 적절한 시작점이 됩니다. 하나의 축에 초점을 맞추거나 선 초점을 생성하는 것이 목적이라면 일반적으로 평면 볼록 원통형 렌즈가 더 적합합니다.

일부 광학 어셈블리에서는 두 유형을 함께 사용할 수 있습니다. 음의 원통형 요소는 먼저 하나의 축을 확장하거나 모양을 변경할 수 있는 반면, 양의 원통형 요소는 나중에 수렴을 제어합니다. 이 조합을 통해 설계자는 단일 구면 렌즈보다 더 독립적으로 빔 종횡비와 초점 형상을 조작할 수 있습니다.

맞춤형 원통형 광학 부품을 위한 ECOPTIK

ECOPTIK은 15년간 광학 부품 제조 기술을 연구해 왔으며 원통형 거울, 구면 렌즈, 미세 광학 부품, 필터, 프리즘, 윈도우 및 기타 맞춤형 광학 부품을 포함한 정밀 광학 부품을 제조하고 있습니다.

원통형 렌즈 응용 분야의 경우 ECOPTIK은 Schott, CDGM 및 Corning의 유리는 물론 사파이어, CaF2, MgF2, 용융 실리카, Si, ZnSe 및 ZnS를 포함한 재료 옵션을 제공합니다. 또한 이 회사는 광학 요소를 더 큰 어셈블리에 통합해야 하는 응용 분야를 위한 렌즈 어셈블리 서비스도 제공합니다.

검사 기능에는 ZYGO 레이저 간섭계, ZEISS CMM Spectrum 및 Agilent Cary 7000 UMS가 포함되어 치수, 간섭계 및 스펙트럼 테스트와 제품 보고서 제공을 지원합니다.

재료 선택, 제조, 검사 및 조립 기능의 이러한 조합은 평오목 원통형 렌즈를 일반 구성 요소로 구입하기보다는 정의된 파장, 빔 형상, 공차 또는 통합 광학 어셈블리와 일치시켜야 하는 경우에 적합합니다.

광학 시스템을 위한 Plano-Concave Cylindrical Lens 선택

평면-오목 원통형 렌즈의 실제 목적은 단순히 빔을 더 크게 만드는 것이 아닙니다. 그 가치는 다른 축에 대한 제어를 유지하면서 한 축에 음의 광 출력을 적용하는 데서 비롯됩니다.

렌즈를 선택할 때 엔지니어는 먼저 시스템에 발산, 빔 확장, 종횡비 보정 또는 1차원 이미지 수정이 필요한지 정의해야 합니다. 다음 단계는 초기 빔 크기, 대상 빔 크기, 전파 거리 및 다운스트림 광학 구성에서 필요한 음의 초점 거리를 결정하는 것입니다.

그런 다음 재료를 파장에 맞춰야 하며 직경, 초점 거리 허용 오차, 표면 품질 및 표면 정확도는 응용 분야의 감도에 따라 선택해야 합니다.

이러한 관계를 이해하면 "평오목 렌즈는 어떤 용도로 사용됩니까?"라는 질문이 생깁니다. 단순한 정의보다 훨씬 더 유용합니다. 레이저 빔 성형, 아나모픽 시스템, 이미징 및 광학 조절에서 올바른 평면-오목 원통형 렌즈는 음의 원통형 출력 및 사양이 제어해야 하는 정확한 축과 일치하는 렌즈입니다.