光学元器件常用术语解析

发布时间 : 2024-07-16  浏览次数 :

表面光洁度(划痕/麻点)

表面光洁度(surface quality)是光学元器件有效通光面积表面缺陷的最大允许尺寸和定量描述,一般用数值表示:S/D(scratch/dig),就是光学元件图纸中常看到的60-40/40-20等这样的数值。前者限制划痕的大小,后者限制麻点的大小。

规定将长宽比大于4:1的表面缺陷定于为划痕,长宽比小于4:1的定义为麻点。



划痕号数S对应宽度如下表,数字越大划痕越明显。





麻点号数D对应直径如下表。直径为0.4mm的麻点将表示为麻点号数#40,直径为0.2mm的麻点将表示为麻点号数#20。
常见的光学元件表面质量应用为:60/40(常用科研等级);40/20(激光应用等级);20/10(精密光学等级)。

透射波前差



波前是光波具有恒定相位的表面。由于波前垂直于波的传播方向,因此准直光具有平面波前,而汇聚或发散光具有弯曲波前。光学元件的像差会导致透射或反射波前发生畸变,这称为透射或反射波前误差。


透射波前差-zygo实测图

透射波前误差(TWE),是用于衡量光通过光学元件的性能。与表面形状测量不同,透射波前测量包括来自材料的前表面和后表面、楔形和均匀性的误差。这种整体性能指标可以更好地了解光学器件的实际性能。按瑞利判据,当按绝对值计的最大波像差小于 1/4 波长时,可认为系统是完善的,因此我们的光学系统的透射波前差指标都会控在λ/4及以内。



曲率半径



曲率半径是指光学元件的顶点与曲率中心之间的距离。

该半径可以为正值、零或负值,具体要取决于该表面是凸面、平面还是凹面。如果知道曲率半径值,则可以确定光线穿过透镜的光学路径长度



焦距

焦距是从光学系统的主点到焦点的距离





薄透镜

薄透镜是指厚度与焦距的长度比较时,可以被忽略不计的透镜。这种透镜的厚度在计算物距、像距、放大率等时均可以忽略不计。焦距f表达式如下:
其中R1是第一表面的曲率半径,R2是第二表面的曲率半径,n为材料折射率。

厚透镜



厚透镜是具有明显厚度的透镜,常见的真实透镜都是有明显厚度的,所以称为“厚”,是为了与薄透镜这一理想的假设区分开。而镜片厚度为d的厚透镜焦距f表达式如下:



数值孔径

光学系统的数值孔径(Numerical aperture, NA)是一个无量纲数字,用于表征系统可以接受或发射光的角度范围

透镜



透镜的数值孔径是来自焦点的边缘光线角度θ的正弦值与介质折射率的乘积。空气中n=1,当透镜聚焦于无限远处时得到:




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