鲍威尔棱镜

2018-01-07 16:00

鲍威尔棱镜是一种光学划线棱镜,它使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的一条直线。

鲍威尔棱镜划线优于柱面透镜的划线模式,能消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布。

高斯激光束通过普通的柱面透镜时,会产生不均匀分布的直线,而鲍威尔棱镜的顶部是复杂的二维非球面曲面,激光通过时会产生大量球面像差,重新分配光路,减少中心区域的光,增加边缘的光,形成一条均匀的直线,适用于各种生物医学、汽车装配、食品加工等机器视觉应用。


棱镜扇角

扇角宽是玻璃折射率和顶角的一个函数。顶部倾斜度越高,玻璃折射率越大,则相同的投影距离时的扇角越大。小扇角通常使用折射率n=1.5的光学玻璃,大扇角通常使用n=1.8的高折射率玻璃,或增大顶部倾斜角。


激光束尺寸

在投影距离一定的情况下,入射激光光束的尺寸决定了激光线的厚度。一束椭圆截面的平行激光可能生产宽的或窄的两条直线。

窄入射光方向,激光主要轴线与棱镜的顶部平行,窄激光入射形成小的景深。宽入射光方向,激光轴线与棱镜的顶部垂直,宽激光入射形成大的景深。不同情况下将光束聚焦到工作距离500mm的CCD阵列,下图清楚的显示了激光束的不同入射方向通过棱镜扩束之后形成直线的区别,其中在出射平面上的光斑大小是明显的不同之处。

均匀性

鲍威尔棱镜的性能由入射激光的特征以及透镜的非球面表面的质量决定,合理选择与激光模块相匹配的棱镜,可以产生均匀一致的激光线,满足高要求的应用。

光强分布

均匀照明的激光线,中央80%长度所含光强要占总体强度的80%以上。若中间部分所占的能量太低,两端亮度就会增加,减少两端亮度有助于提高激光的整体利用效率,下图显示了相同均匀性的激光线,中央区域分布光强不同时的差异。

均匀性

鲍威尔棱镜的性能由入射激光的特征以及透镜的非球面表面的质量决定,合理选择与激光模块相匹配的棱镜,可以产生均匀一致的激光线,满足高要求的应用。

光强分布

均匀照明的激光线,中央80%长度所含光强要占总体强度的80%以上。若中间部分所占的能量太低,两端亮度就会增加,减少两端亮度有助于提高激光的整体利用效率,下图显示了相同均匀性的激光线,中央区域分布光强不同时的差异。

我们提供的鲍威尔棱镜,直线中央区域占光强的80±5%,均匀一致性很好。

激光线平直度和准确性

直线的平直度和孔径偏差取决于棱镜的制造质量和激光模块安装的精密度。如果激光并非垂直棱镜入射,就会产生线曲率,棱镜的楔形顶和底部出射面之间就会产生孔径误差,最终会产生离开目标位置的一个偏移。如果棱镜安装正确,棱镜的楔形顶只产生轻微倾斜,由此产生线曲率也很小。

我们提供的鲍威尔棱镜孔径偏差小于3mrad,测量直线80%的长度,直线度偏离<0.1%。

棱镜安装选配

激光光束宽度决定了棱镜的性能和物理特性,最显著的差异是发散角在出射面上的位置,必须保证发散的光束不会超过透镜尺寸。

光束通过棱镜的非线性球面会产生非均匀的分布,所以要根据激光束的直径来选择合适的棱镜,棱镜底部出射平面要大于光束在该面上的截面。标准的90°棱镜只适用宽入射激光的扩束。

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