非球面透镜：原理、优势及其在激光处理中的核心应用
日期：
2025.06.16
来源:
鼎鑫盛光学
浏览次数:
6
定义与分类：
非球面透镜表面不是球面，而是回转对称的、符合特定数学表达式的光滑连续表面。
主要分为三类：轴对称非球面（如圆锥曲面、高次曲面）、双对称面非球面（如柱面、复曲面）和无对称性的自由曲面。
最常用的轴对称非球面表达式基于圆锥曲面（由顶点曲率半径R和圆锥系数k定义）叠加高次多项式构成（由非球面系数定义）。
核心优势（相比球面透镜）：
卓越的像差校正（尤其是球差）： 通过调整圆锥常数和非球面系数，能显著减小球差等像差，提升成像质量（单片非球面可优于多片球面组合）。
系统简化： 可用更少数量的非球面透镜替代多个球面透镜，实现相同甚至更好的光学性能。这能有效减小光学系统的尺寸、重量和复杂性。
降低成本（系统层面）： 虽然单枚非球面透镜成本可能更高，但因减少了元件数量，降低了对机械公差、校准、镀膜等的苛刻要求，从而降低了整个系统的总成本和复杂性。
关键应用领域：
复杂成像系统： 手机镜头、相机镜头、投影仪等，常与球面镜组合优化像差（非标准化产品）。
激光处理： 核心应用重点：单波长激光的准直、聚焦、与光纤耦合。单片非球面能完美校正球差，实现衍射极限性能：
激光准直：将发散激光光斑变成平行光束。
激光聚焦：将激光束聚焦到微小光斑。
激光-光纤耦合：高效地将激光耦合进光纤或从光纤输出。
产品化：
针对激光应用中明确的参数（波长、发散角、光束直径），有专门设计的精密抛光或模压玻璃非球面透镜产品。