plate glass lens street light . Outdoor Lighting . Roadway Lamp . Street Light .Floodlight
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高分辨率、大光圈设计、紧凑型设计
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| No | 项目 | 规格 |
| 1 | 焦距 | 50mm |
| 2 | 较小工作距 | 275mm |
| 3 | 聚焦范围 | 275mm-∞ |
| 4 | 镜头总长 | 82.8mm |
| 5 | 较大后部突出接口 | 0mm |
| 6 | 滤光片螺纹 | M43x0.75 |
| 7 | 相机接口 | C 接口 |
| 8 | 镜头F# | F/2.15-F/16 |
| 9 | 放大倍率范围 | 0x -0.185x |
| 10 | 畸变 | <1.0% |
| 11 | 像面大小 | 25.6mm |
| 12 | 镜片数（组） | 9(6) |
| 13 | AR镀膜 | 0.8-1.8umBBAR |
| 14 | 重量 | 250克 |
| 畸变0.8-1.8 | MTFN | |
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| 相对照度 | ||
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| 随着光学技术的发展和市场需求的提高，复杂光谱镜片的镀膜技术在诸多场景开始广泛应用，下面我们一起来看一下复杂光谱分光镜镀膜要点分析。 | |
| 复杂光谱镜片主要包括滤光片，分光镜及合束镜等，其效率问题主要来自下面两个方面： 一、45°入射条件下消偏振的处理对于任何光学薄膜（单层膜或者多层膜），决定其光谱特性的是其材料的有效折射率： ηs=n*cosθ ηp=n/cosθ 上述 ηs 和 ηp 是S、P两种不同偏振态下的等效折射率，θ 二、反射区到透射区过渡的陡度陡度主要带来如下三个难题： A. 陡度越大，膜层数越多，工艺稳定性要求越高，系统误差要求越小 B. 陡度越大，波长定位精度要求越高，制造时，报废和返工的可能性就越大，实验的次数就要增加。 C. 陡度越大，对均匀性要求就越高。  强光光学元件的热变形问题，主要来自于元件的吸收，吸收源主要来自于如下三个方面： 1. 镜片元件基底吸收。为了规避这一点，可采用低吸收的康宁石英或贺利氏石英作为基底。 2. 膜层吸收。为降低膜层吸收，可采用极低吸收的电子枪蒸发-高能离子束辅助工艺，采用高纯度镀膜材料进行镀制。 3. 服役环境污染。该污染主要来自于服役时元件清洁不良，在激光作用下，附着杂质与激光作用产生的光致吸收现象。 |
随着国家工业4.0与智能制造产业的推进，工业镜头行业也得到了高速的发展。就整体而言，国内的工业镜头与国外想比还是出于落后状态，无论是产品性能还是软服务都需要很大的提升。对于工业镜头产品的软服务，较突出的是需要更完善的资料，尤其是与分辨率相关的资料。
镜头分辨率是视觉系统的一个重要参数，直接影响系统的成像质量，重要性不言而喻。但仅仅从现有的公开资料判断，工程师难以确认镜头的性能。一些有经验的工程师们会根据设备的需要建立自身的测评体系，而其他工程师只能依靠自身的经验判断镜头的性能。
目前与分辨率有关的公开资料可概括为四种类型：
一、描述性资料
描述性资料是指资料只有一个命名或者只有一句描述性的话语：镜头的分辨率为百万像素级别，或500万像素级别，或千万像素级别。
在工业相机传感器并不是十分丰富的阶段，工业镜头只要将性能区分为百万级别像素，500万级别像素即可。工程师只要了解相机的分辨率即可进行选型，但也会存在很明显的缺点——工业镜头的像素概念难以明确，会产生很多自相矛盾的情况。
以这种形式描述镜头分辨的品牌主要集中在中国，日本，且这种命名或描述方式在亚洲市场比较受欢迎，因此部分欧美品牌也开始采用这种描述。下图为联合光科定焦镜头命名形式一览图，详情见“定焦镜头”
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| 联合光科定焦镜头命名形式一览 |
二、数据资料
数据资料即量化的参数，即工业镜头的线对数或匹配的像元尺寸。如3.45μm，2.4μm，8K7μ，16K5μ，100lp/mm，200lp/mm等。
其优点是提供了量化的数据。如2.4μm，表明镜头匹配2.4μm的像元尺寸；100lp/mm，则表明镜头分辨率达到100lp/mm。工程师可以非常清晰了解镜头的分辨率性能。
其缺点是数据比较片面。工业镜头中心的分辨率一般比边缘的高，如果只有一个参数，工程师没办法判断其他成像面的分辨率。针对不同像面时，需要额外手段测量镜头的分辨率。
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| 日本某品牌的公开资料 |
三、实拍资料
实拍资料原理在于使用相机、镜头、光源组成系统，拍摄分辨率卡，通过图像获得分辨率数据。
此类资料的优点也是非常直观，可读取镜头各个区域的分辨率情况。通常，工程师也是通过该方法测试系统性能。
此类资料的局限性在于，测试的结果是系统的分辨率。在相同条件下使用不同相机光源搭建系统，获得的数据会有差异，并不是非常客观的数据。
四、图表资料
图表资料主要的形式为MTF成像曲线图。
MTF 成像曲线图是在客观的测试环境下测得并对外公布的，是镜头成像品质相对权威、相对客观的技术参考依据。
同时此类资料涉及一些抽象的概念，理解需要一定的光学基础。
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| 联合光科镜头产品资料公开情况 |
工业镜头品牌会根基自身特点，市场策略，公开不同的资料。根据作者观测，资料公开情况总结如下：
| 公开资料类型 | 公开形式 | 特点 | 品牌 | 镜头类型 | 公开概率 |
| 描述资料 | 像素级别的命名或描述，如百万像素级别，500万像素级别 | 优点：直观，容易理解缺点：概念模糊，难以界定 | 中国，日本品牌为主 | 定焦镜头，远心镜头 | 高 |
| 数据资料 | 参数形式，如3.45μm，2.4μm，8K7μ，100lp/mm，150lp/mm | 优点：量化数据缺点：数据片面 | 日本，德国品牌为主 | 远心镜头，线扫镜头 | 中 |
| 实拍资料 | 实拍测试卡，分辨率板等形式 | 优点：量化数据，数据清晰缺点：为系统分辨率，相机对其有影响 | 日本，国内品牌为主 | 定焦镜头，远心镜头 | 低 |
| 图表资料 | MTF成像曲线图表形式 | 优点：量化数据，数据量丰富缺点：涉及一些抽象的概念，理解需要一定的光学基础。 | 美国，德国品牌为主 | 定焦镜头，远心镜头，线扫镜头 | 低 |
从上表可以看出，国内品牌一般只有描述性资料，即简单地告诉工程师该镜头是百万像素级别，500万像素，千万像素。其他类型的资料偏少，甚至没有。
目前在激光加工、生命科学、机器视觉、光通讯、激光美容、航空航天、教育科研等相关领域都会用到反射镜、棱镜、透镜、窗口片、滤光片、光栅等光学元件，选择适合的光学元件固然重要，但其日常维护清洁的方法同等重要。那么我们该如何对光学元件表面进行清洁呢？
首先，在清洁光学元件时尽量在无尘洁净的环境中操作，免得划伤或是弄脏光学元件表面。常用清洁光学元件的工具和擦拭试剂包含棉签、指套、手套、镊子、风枪、高品质擦镜纸、擦拭布、试剂级异丙醇、丙酮、去离子水等，不同的清洁产品都有其各自的特殊清洁应用。手套、指套可使手上的水、油污、灰尘等与光学元件表面隔离；镊子可方便的拾取/夹取光学元件；风枪喷出的压缩气体可有效的吹去光学元件表面的灰尘；去离子水、异丙醇、丙酮能有效的清洁光学元件表面；擦镜纸或是擦拭布可不必划伤或是刮伤元件表面从而对光学镜片等进行清洁。
对于球面光学元件，灰尘可用风枪直接吹掉，若是元件上面有水印、油污、指纹等需要进一步清洗，可用擦镜纸和适量的试剂级异丙醇或是试剂级丙酮，由元件中心施压并逐步向外清洁，同时要慢慢转动透镜，直至擦掉水印、油污、指纹等。
 球面光学元件的清洁 |  平面光面元件的清洁 |
对于平面光学元件也是如此，灰尘可用风枪直接吹掉，若是元件上面有水印、油污、指纹等需要进一步清洗，可用浸透清洁剂的擦镜纸在元件表面慢慢拖动。若是手法分寸恰到好处，清洁剂将被均匀挥发，不会留下任何条纹或斑点。
注意事项：
1. 金属膜层是裸金的不能用上述的方法擦拭，较好是做好预防工作
2. 刻划工艺制作的光学元件或是微结构的光学元件尽量用风枪等除尘清洁，且不可轻易擦拭，免得损伤元件表面
| 分光元件的原理 分光镜是把一束光按照一定反射和透射比例分成两束光的光学元件，多用于激光光学系统、照明光学系统、光谱仪光学系统中。分光镜由光学玻璃镀膜而成，通常在分光面上镀有分光膜，根据一定的要求和方式把光束分成反射光和透射光，常用的分光膜主要包括光强分光膜、偏振分光膜、消偏振分光膜等几类。在出射面镀有增透膜，以增加光学表面的透光量，减弱光束间及鬼像的干涉效应。 | |||
光强分光膜：按照一定的光强比把入射光分成两部分，如图1所示，用于普通的分光平片和分光棱镜。其中，仅考虑某一波长的叫做单色分光膜；考虑一个光谱区域的叫做宽带分光膜。根据分光镜所镀的分光膜带宽大小，可分为窄带分光镜和宽带分光镜。 图1分光平片和分光棱镜结构 | |||
偏振分光膜：是利用光斜入射时薄膜的偏振效应制成的，即光斜入射穿过每一层光学薄膜时，边界条件要求电场和磁场的切向分量始终保持连续，使光的p分量和s分量表现出不同的有效折射率，引起偏振分离。可以分为棱镜型偏振膜和平板型偏振膜。 以偏振分光棱镜为例，由两块45°直角三棱镜拼合而成，在三棱镜斜面上镀偏振分光膜。当光以布儒斯特角入射时，p偏振光反射为零，而s偏振光则部分反射。为增加s偏振光的反射率，保持p偏振光透过率接近1，可以将两种薄膜材料交替淀积制成多层膜，如图2右图所示当膜层选择合适且足够多时，就能实现50/50偏振分光。 图2 偏振分光棱镜结构 | |||
消偏振分光膜：用于倾斜入射的各种光学薄膜都会有偏振效应的存在，而对于部分光学系统来说，偏振分离带来的是光学系统性能的劣变，必须消除或减少。消偏振分光膜被设计成在指定的波长范围内，保证s光和p光按一定的反射透射比分光，同时保证s偏振态和p偏振态经过棱镜后偏振态没有变化。 图3 消偏振分光棱镜结构 | |||
| 增透膜：当薄膜厚度适当时，在薄膜的两个面上反射的光，光程恰好等于半个波长，因而互相抵消。这就大大较少了光的反射损失，增强了透射光的强度，减少或消除系统的杂散光。通常单层膜只对某一特定波长的电磁波增透，为了使在更大范围内和更多波长实现增透，经常利用镀多层膜来实现。 | |||
分光元件的分类 按照不同的分类标准，分光元件可分有以下分类： 表1分光镜种类列表 | |||
| 平面分光镜在光路中起到分离光源能量和改变光路方向的作用，结构设计比较简单，光吸收小，分光后光损耗小等优点。与分光片相比，分光棱镜的反射及透射光光程是相等的。在透光时，分光棱镜没有光线偏移造成的影响，所以不会存在光束平移。 | |||
| 分光元件的选型 分光镜用途广泛，用户需求也各不相同，联合光科可提供K9宽带分光平片、椭圆宽带分光平片、镀铝点阵分光平片、紫外熔融石英镀铝点阵分光平片、紫外分光楔片、氟化钙（CaF2）红外宽带分光楔片、硒化锌（ZnSe）红外宽带分光楔片、标准立方分光镜、偏振立方分光镜（PBS）、消偏分光棱镜等标准分光元件。更多分光元件详细资料>> | |||
| 如何选择合适的分光元件？ | |||
| 1. 根据光源类型对分光元件适用的波段和带宽进行选择。选择适用于可见光、紫外、红外不同波段的分光元件，和选择窄带分光元件或宽带分光元件。 2. 根据光路空间大小和对光束偏移影响的要求选用分光平片、分光棱镜，当选择分光平片时，会造成反射光束和透射光束的不等光程，透射光束发生平移。对于成像光路设计来说，分光平片的引入会对光路的像差校正产生影响。 3. 根据光路对反射光和透射光的偏振态要求，选择偏振分光棱镜和消偏振分光棱镜。 4. 确定好分光元件类型后，再对分光元件的尺寸、分光比、波长等具体参数做出综合选择。 |
| 吸收滤光片 吸收滤光片是在塑料或玻璃基材中加入特种染料制成，根据同一材料对不同波长光的吸收本领不同，就可以起到滤波目的。较常见的为颜色玻璃滤光片，优点是稳定、均匀、具有良好的光学质量，且价格相对较低，缺点是其通带比较大，一般很少低于30nm。 | |||
| 干涉滤光片 干涉滤光片是利用真空镀膜法在玻璃表面形成一定厚度的光学薄膜制成，通常由多层薄膜构成，利用干涉原理使特定光谱范围的光通过。干涉滤光片种类繁多，用途不一，常见的干涉滤光片有截止滤光片、带通滤光片、二向色滤光片。 | |||
| 截止滤光片，能把光谱分成两个区，一个区的光不能通过（截止区），而另一个区的光能充分通过（通带区），典型的截止滤光片有：长波通滤光片和短波通滤光片。 图2为典型的长波通滤光片的光谱透射率曲线。 |  图2 长波通滤光片光谱透过率曲线 | ||
| 带通滤光片，只允许特定波段的光通过，通带以外的光截止，带通滤光片光学指标主要是中心波长、半带宽，根据需要，带通滤光片的通带可从红外到紫外，根据带宽大小分为：窄带滤光片，通带较窄的（带宽小于30nm的）宽带滤光片，带宽大于60nm以上的； | |||
| 二向色滤光片，用于选择性地通过光的一小范围颜色，同时反射其他颜色。 | |||
| 除此之外，其他常见的滤光片： | |||
| 中性密度滤光片，也叫衰减片，用来避免强光对相机传感器或其他光学件造成损伤，会吸收或反射未被透射的光线部分，以均匀地减少某一部分的光谱中的透射率。 | |||
| 荧光滤光片，是应用于生物医学和生命科学仪器的关键元件，主要作用是在生物医学荧光检验分析系统中分离和选择物质的激发光与发射荧光的特征波段光谱。 | |||
 带通滤光片光谱透过率曲线 |  二向色滤光片光谱透过率曲线 | ||
 中性密度滤光片光谱透过率曲线 |  荧光滤光片光谱透过率曲线 | ||
| 滤光片的技术指标 | |||
| 有关滤光片几个易混名词解释： | |||
| 带通：在光谱曲线中，光线实际通过的区域叫做通带。 | |||
| 截止范围：表示通过滤光片衰减的能量光谱区域的波长间隔，简单的理解就是通带以外的范围。 | |||
| 中心波长：在带通滤光片中，透射率等于峰值透射率50%时波长之间的中点。 | |||
半带宽：在带通滤光片中，透射率等于峰值透射率50%时的波长点的差值。见图中蓝色虚线标注所示 | |||
| 透过率：目标波段的通光能力，通常以百分比表示，数值越大，代表透光能力越好。 | |||
截止率：又叫截止深度，表示截止区所对应的透过率T， 截止率可以用透射百分比来表示，也可以用光密度（OD）来表示，其换算关系为： 即高光密度值表示非常低的透过率，低光密度则表示高的透过率。 | |||
| 过渡带宽度：根据滤光片截止深度数值不同，指定的滤光片截止深度和50%透过率点之间允许的较大光谱宽度 | |||
| 边缘陡度：即[(λT80-λT10)/λT10] *100% | |||
| 滤光片的应用和选型 | |||
联合光科是标准的滤光片光学供应商，能够提供截止、带通、分光、衰减等多种类型的滤光片，每个类型滤光片又有各种透射带、不同尺寸、不同透射率、不同截止深度的产品可供选择。 联合光科现也推出了一系列的高性能滤光片，包括：超陡长波通滤光片、陡长波通滤光片、高性能二向色分光滤光片、高性能窄带通滤光片、荧光滤光片，具有深截止，超陡度，高透过，窄带宽、高激光损失阈值等优势。以截止滤光片和带通滤光片为例，普通滤光和高性能滤光片主要参数对比见表1。从滤光片的透光曲线可以更直观的看到高性能滤光片的优势。 表1 普通滤光片和高性能滤光片主要参数对比 | |||
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| 图3 普通长波通滤光片和超陡长波通滤光片透光曲线对比 | |||
 高性能窄带滤光片 |  高性能二向色滤光片 | ||
 荧光滤光片 | |||
| 提供滤光片标准品及应用领域如表2。同时，联合光科也可根据您的需求为您定制滤光片。 表2 提供滤光片标准品及应用领域  从众多滤光片产品中选择合适的产品，大体可以参考以下步骤： 1. 根据希望滤光片在光路中实现的功能，截止、带通、分光、衰减等，确定所需滤光片的类型； 2. 根据光路透射/反射/衰减光谱范围、透射率、尺寸等的要求选择合适的产品。 | |||
| 成像镜头，又称光学镜头，因其应用不同衍生出各种名称。通常，我们把用于工业自动化领域的成像镜头统称为工业镜头。工业镜头是工业检测系统里的重要元素，其成像质量直接影响到检测系统的整体性能。 近年，智能制造行业的发展对成像技术提出新的挑战。为了满足成像应用，各种类型的工业镜头层出不穷。那么，面对如此之多的镜头，该怎样进行选择呢？ | |
工业镜头一般选型步骤 在选择现有工业镜头产品时，我们一般按照这个步骤进行选型。 在这个选型过程中，明确项目需求和确认成像镜头的参数成为了重点。项目需求是多种多样的，面对不同的需求，普遍适用的选型方法是不存在的。本文尝试理清工业镜头常用参数的定义，协助选型。 | |
工业镜头的常用参数 焦距 焦距是指镜头的光学中心（光学后主点）到成像面焦点的距离，平行光通过镜头汇聚于一点，这个点就是所说的焦点，是镜头的重要性能指标。 焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，所观察的范围大；焦距数值大，视角小，观察范围小。一般常用的工业镜头的焦距为8mm、12mm、16mm、25mm、35mm、50mm等。 焦距选择方法：  | |
| 工作距离 工作距离是指镜头前端机械面到被拍物之间的距离。 | |
F值 光圈F值又称为光圈数，是镜头焦距与有效孔径之比。 | |
视场角 在光学系统中，以镜头为顶点，以被测物体通过镜头的较大成像范围的两边缘构成的夹角叫做视场角。视场角的大小决定了镜头的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率也就越小。 视场角与传感器尺寸有关，镜头的视场角应标明标准传感器尺寸。 以联合光科16mm 2/3″ 5M 定焦镜头 为例： 使用某一款相机，在相同工作距离下拍摄，不同焦距的镜头也会有不同的视场角。 图：同款相机，相同工作距离，不同焦距的拍摄效果（注：图中所标为水平视场角） 视场角与焦距有关，如下图片：视场角与镜头焦距。 | |
畸变 镜头对被摄物体所成的像相对于物体本身的失真程度。 通常分为两种： 枕形畸变：镜头成像画面呈现向中间收缩的失真现象。 桶形畸变：镜头成像画面呈桶形膨胀状的失真现象。 | |
| 光学接口 相机和镜头的连接方式即为镜头的光学接口，业内对于光学接口已经形成了标准的规范。例如CS口、C口、F口。在工业应用中，一般C口和CS口用在小传感器尺寸相机上，F口用在大传感器尺寸相机上。此外，还有线阵相机常用接口M42、M58、M72等，顾名思义这些就是某个直径的螺纹口。 | |
| 传感器尺寸 一般指镜头设计时，能够适配的较大的图像传感器尺寸（对角线），一般按照传感器尺寸进行描述，如1”、2/3”、1/2”、1/3”等，如果相机传感器尺寸大于镜头设计较大尺寸，则会在画面四个角形成暗影或黑角。 | |
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| 图：传感器超过适配尺寸，会形成黑角 | |
光学总长 光学系统第一个表面到像平面的距离。 | |
放大倍率 是指物体通过镜头在焦平面上的成像大小与物体实际大小的比值。 对同一个镜头而言，光学倍率与被拍摄物体距离镜头的远近有关；在较短工作距离对焦时，光学倍率较大。 | |
景深 镜头对某一物平面对焦后，在对焦平面的前后都有一段能清晰成像的范围，分别称为前景深和后景深。 景深=前景深+后景深；  | |
MTF（调制传递函数） 用来表示镜头的成像性能，成像再现物体的对比度的程度，MTF可以近似理解为黑白线条的对比度，较大值为1，顶端的黑色线条代表该镜头理论上可以达到的较佳成像质量。其余彩色线条分别代表不同视场情况下的MTF值。其中同一颜色的线条分别代表子午T和弧矢S两个方向的MTF值情况。  同一频率时，MTF值不同会给图像带来差异。  | |
| 总结 工业镜头的参数较多，从项目需求到工业镜头参数的确认，需要有一个转换的过程。理清工业镜头参数的概念，了解工业镜头常用参数对结果造成何种变化，从而选出合适的产品，往往是较高效的办法。 | |
| 原理和分类 | |||
| 棱镜是一种按照出射光线和入射光线成特定角度来转折光线的光学元件。棱镜在光学系统中主要实现转折光路、转像、倒像和扫描等功能。用于光束转向的棱镜一般可以分为反射棱镜和折射棱镜。 | |||
| 反射棱镜是将一个或多个反射面磨制在一块玻璃上，利用全反射原理和镀膜技术制成，如果在棱镜内部的光线抵达表面时的角度是大于发生全反射的临界角，便会产生全反射，所有的光线都会被反射回内部；若入射光线不能全部发生全反射，则需在该面上镀以金属反射膜，如银、铝或金等，以减少反射面的光能损失；另外，为了增加棱镜的透光量，减小或消除系统的杂散光，会在棱镜的入射面和出射面镀特定光谱范围的增透膜。在光学系统中反射棱镜主要用于改变光学系统光轴的方向或位置、改变成像方向用作转像系统、实现分光和合像等。 | |||
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| 反射棱镜的种类繁多，形状各异，大体上可分为简单棱镜（如直角棱镜、等腰棱镜、五角棱镜、道威棱镜）、屋脊棱镜、椎体棱镜和复合棱镜。 | |||
 图1 反射棱镜和折射棱镜的工作原理 | |||
| 折射棱镜是根据光的折射原理，工作面是两个折射面，两折射面的交线成为折射棱，两折射面间的二面角成为折射棱镜的折射角，用α表示。出射光线与入射光线的夹角称为偏转角，用δ表示，对于给定的棱镜，折射角α和折射率n是定值，折射棱镜的转向角δ只随光线的入射角I而变化。在光线的光路对称于折射棱镜时，偏向角取得较小值，表达式为： | |||
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| 折射角很小的棱镜称为光楔或楔形棱镜，由于折射角很小，当光线垂直入射或接近垂直入射时，光楔偏向角表达式可以近似简化为：δ=（n-1）α | |||
 图2 光楔 | |||
| 棱镜技术指标 | |||
| 镀膜特性 | |||
| 通常在棱镜反射面镀铝、银反射膜以提高光反射率，在入射面和出射面镀增透膜来增加棱镜的透光量，减小或消除系统的杂散光，包括UV、VIS、 NIR、SWIR不同波段。常见镀膜特性如下图。 | |||
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| 图3 多种镀膜特性 | |||
| 转向特性 | |||
| 棱镜可以实现转折光路、转像的功能，不同棱镜实现的光束、图像转折角度不同，同一棱镜用法不同，实现的转折角度也不同。图中坐标系不是真实系统坐标系，仅用来表示图像光线偏折方向、图像上下、左右旋转方向。 | |||
表1 棱镜的转向特征 | |||
| 棱镜的应用和选型 | |||
| 提供各种棱镜现货标准品，如适用于紫外、可见光、近红外等不同波段的，不同尺寸的准精度和高精度的K9玻璃或紫外熔融石英直角棱镜、K9五角棱镜、K9道威棱镜、K9屋脊棱镜、K9角反射镜、紫外熔融石英角反射镜、楔形棱镜等，产品表面镀膜情况有镀铝、银、金反射膜、增透膜、镍铬保护、黑漆保护等，产品优势及应用领域见表2，更多信息请参考网站。 | |||
| 我们在提供各种棱镜标准品的同时，我们也可根据您的实际需求为您提供棱镜定制的服务，如棱镜尺寸的更改、参数指标的提高、镀膜要求的更改等。 | |||
| 表2 、棱镜标准品及应用领域 | |||
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| 光栅的原理和分类 | |||||
| 光栅是由一系列等距平行刻线组成的光学元件，它是利用光的衍射和干涉原理进行分光的一种色散元件，被广泛应用到生化仪器、光谱仪器、分光光度计等相关产品上或相关领域中。光栅的种类很多，分类的方式也不尽相同。 | |||||
 平面刻线衍射光栅 |  透射光栅 | ||||
| 按照工作表面的形状，可分为平面光栅和凹面光栅。凹面光栅兼具分光和聚焦功能，需沿着光谱面弯曲的方向拼接多个探测器才能完成全光谱的探测，且会伴随着较大的像差，造成结果的测量误差。因此，平面光栅更常用。 | |||||
| 按照工作方式不同，可分为透射光栅和反射光栅两种。其中，透射光栅对光的利用率不高，光能损失较大。 | |||||
| 按照制作工艺不同，可分为全息光栅和刻划光栅。 | |||||
| 刻划光栅利用光栅刻划机，用钻石刀头对材料进行加工，刻线密度调节灵活，但所能达到的刻线密度有限，还可能存在周期性的刻划失误，产生鬼线效应，干扰光栅的分光。 | |||||
| 全息光栅是利用激光器产生两束相干光，在涂有光敏材料涂层的基板上产生一系列均匀的干涉条纹，使光敏物质被感光。然后用特种溶剂溶蚀掉被感光部分，即在蚀层上获得干涉条纹的全息像。离子刻蚀技术还能够利用离子束轰击刻槽，加工刻槽的形状使之成为闪耀光栅，增强衍射效率。 | |||||
| 光栅的分光性能及常用参数 | |||||
| 光栅方程 | |||||
| 光束经过准直后成为平行光，以一定的角度照射在光栅上。不同波长的光以不同的角度出射，决定各级主极大位置的方程式称为光栅方程。最基本的光栅方程为：d(sini ± sinθ)=mλ m=0,±1,±2，… | |||||
| 方程表示，根据mλ 值平行光束以入射角 i 斜入射到缝间距为d的光栅上，将光以离散的角度θ偏转，其中m是主极大级次。入射角i 和θ 衍射角分别是入射光线和衍射光线与光栅法线之间的夹角，在考察与入射光同一侧的衍射光谱时，上式取正号；在考察与入射光异侧的衍射光谱时，上式取负号。可以看出，对于给定的级次m，不同波长的光将以不同的角度从光栅出射。 | |||||
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| 图2 透射光栅与反射光栅衍射原理 | |||||
| 色散 | |||||
光栅的色散用角色散和线色散表示。相差单位波长的两条谱线通过光栅分开的角度为角色散： ，我们光栅产品中也用倒角色散即角色散的倒数（单位nm/mrad）来表示色散能力。光栅的线色散是聚焦物镜焦面上相差单位波长的两条谱线分开的距离。设物镜的焦距是f，则线色散为： | |||||
| 衍射效率 | |||||
| 光栅的衍射效率通常有两种定义，即相对衍射效率与绝对衍射效率。相对衍射效率，定义为在给定波长和衍射级次下，探测器接收到的光栅的衍射光通量与一块同孔径的标准反射镜的反射光通量之比；绝对效率，是指给定光谱级次中单色衍射光通量与入射光通量之比；光栅衍射效率曲线指的是光栅衍射效率对波长的函数关系。 | |||||
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| 图3 典型的光栅衍射效率曲线图 | |||||
| 闪耀角 | |||||
| 闪耀光栅，是一种特殊形式的反射式或透射式衍射光栅，它的刻槽面与光栅面不平行，两者之间有一夹角γ，称为闪耀角。 | |||||
 图4 闪耀光栅衍射原理 | |||||
| 闪耀波长 | |||||
| 闪耀光栅能够在特定衍射级次产生最大光栅效率，即大部分光功率将会在设计的衍射级次，通常为1级，同时尽量减少其它级次（尤其是零级）的功率。由于这种设计特性，闪耀光栅会在某一特定波长下工作，这种波长也称为闪耀波长。在Littrow结构下，即入射光垂直于光栅刻槽面（光谱仪中称之为自准直式入射），入射光的角度i和衍射光的角度θ 相同，i=θ=γ，这时，1级光谱闪耀的光栅其闪耀波长λB为：λB=2dsinγ。 | |||||
| 光栅的应用和选型 | |||||
提供各种光栅，包括透射光栅、平面刻线衍射光栅、平面全息光栅、透射光栅分光片等。表1 光栅标准品及应用领域.png) | |||||
其中no、ne为相互垂直的o光和e光的折射率，d为波片厚度，λ为入射光波长。入射光通过不同类别参数波片时的出射光不同，可有线偏振光、椭圆偏振光、圆形偏振光等，出射光的偏振态由入射光的偏振态、和光轴的夹角以及通过波片后产生的相位差共同决定。波片同其他偏光器件，如偏振片、偏光棱镜、偏光分束镜、退偏器等相配合，可以实现光的各种偏振态之间的相互转换、偏振面的旋转以及各类光波的调制。波片分类波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行，根据波片产生的相位延迟量不同，波片分为全波片、半波片（或1/2波片）、1/4波片，后两者较为常见。（一）全波片全波片产生2π整数倍的相位延迟，故不改变入射光的偏振态。全波片一般用于应力仪中，以增大应力引起的光程差值，使干涉色随应力变化变得灵敏。（二）1/2波片1/2波片产生π奇数倍的相位延迟，各种偏振光经过1/2波片后偏振态变化情况如表1所示。可作为连续调整的偏振旋转器。另外，1/2波片和偏振分束器配合使用，可用作可变比例的分束器。表1各种偏振光经过1/2波片后偏振态的变化表入射光1/2波片位置出射光线偏振光快（慢）轴与偏振方向成α角振动方向向快（慢）轴转过2α角的线偏振光，如图1所示圆偏振光任何位置旋向相反的圆偏振光椭圆偏振光任何位置旋向相反的椭圆偏振光
图1 入射线偏振光经半波片后光矢量的方位 (三）1/4波片1/4波片产生π/2奇数倍的相位延迟，各种偏振光经过1/4波片后偏振态变化情况如表2所示。可用于光隔离器、光学泵浦和电光调制器。表2各种偏振光经过1/4波片后偏振态的变化表入射光1/4波片位置出射光线偏振光快（慢）轴与偏振方向一致线偏振光快（慢）轴与偏振方向成π/4角圆偏振光其他位置椭圆偏振光圆偏振光任何位置线偏振光椭圆偏振光快（慢）轴与椭圆主轴一致线偏振光其他位置椭圆偏振光 按波片结构来分，有多级波片（multiple-order waveplate），胶合零级波片或称复合波片（compound zero-order waveplate）及真零级波片（true zero-order waveplate）。真零级波片，只有一个所需延迟量厚度，因此厚度很薄，大概在十几至几十um。多级波片，多个全波厚度加一个所需延迟量厚度。胶合零级波片，将两个多级波片胶合在一起，通过将一个波片的快轴和另一个波片的慢轴对准用于消除全波光程差，而把所需要的光程差留下。 按材料来分，常见的有各种晶体波片、聚合物波片、液晶波片。常用的晶体包括云母、方解石、石英等。表3不同波片特征对比表 真零级波片多级波片胶合零级波片厚度一个所需延迟量厚度在十几至几十um多个全波厚度+一个所需延迟量厚度两个多级波片胶合在一起优点延迟精度高接受有效角度大温度稳定性好易加工温度稳定性好缺点厚度薄，制造使用困难波片延迟量对波长、温度、入射角都很敏感波片延迟量对波长、入射角敏感材料云母、聚合物材料石英石英 
