光學(xué)系統(tǒng)通常由透鏡、分光鏡、反射鏡、棱鏡和光闌等多種光學(xué)元件按一定次序組合成，通過(guò)改變光的形狀、大小、能量、方向、偏振態(tài)、相位等來(lái)成像或做光學(xué)信息處理。光學(xué)元件的面形通常是球面或平面兩大類(lèi)，柱面鏡屬于球面類(lèi)，均使用曲面來(lái)聚焦或發(fā)散光線，但柱面鏡不同于球面鏡各向同性的特點(diǎn)，僅在一個(gè)方向上具有匯聚或發(fā)散能力，不會(huì)影響垂直方向上的光線，因此是一維放大應(yīng)用的理想選擇。
柱面鏡分類(lèi)
柱面鏡從形狀上可分為平凸柱面透鏡、平凹柱面透鏡、雙凸柱面透鏡、雙凹柱面、彎月柱面鏡、柱交柱面鏡和異形類(lèi)柱面透鏡等。
柱面透鏡在激光束的控制和整形中起著重要的作用，用于激光片成形和將橢圓光束環(huán)形化；或用于以調(diào)節(jié)圖像高度大小，成像系統(tǒng)中校正像散。廣泛應(yīng)用于電影攝放系統(tǒng)、傳真機(jī)和印刷排版的掃描成像系統(tǒng)，醫(yī)療領(lǐng)域的胃鏡、腹腔鏡，汽車(chē)領(lǐng)域的車(chē)載視頻系統(tǒng)；以及線性探測(cè)器照明，條形碼掃描，全息照明，光信息處理，計(jì)算機(jī)，激光發(fā)射等領(lǐng)域。
顧名思義，將準(zhǔn)直光源整形成線光源是柱面鏡較廣泛的應(yīng)用。如下圖所示，半徑為r0的準(zhǔn)直光源射入一面焦距為-f的平凹柱面透鏡；光束以半角θ發(fā)散（θ = r0/f），也可近似看作是位于焦點(diǎn)-f處的點(diǎn)光源的發(fā)散。在透鏡后方距離為z的位置，雖然線光束寬度仍為2r0（忽略高斯光斑的發(fā)散），但其長(zhǎng)度變?yōu)椋?/section>
L = 2(r0/f)(z+f)，當(dāng)z遠(yuǎn)大于f時(shí)，擴(kuò)束倍率接近z/f，線光斑長(zhǎng)度也與z成正比。
如果需要在z處產(chǎn)生寬度極窄的線光源，可以在上述平凹柱面透鏡的前端或后端引入一個(gè)焦距為z的平凸柱面透鏡，并將其與平凹柱面鏡正交放置，從而壓縮光束寬度。
激光二極管輸出光束以不對(duì)稱(chēng)形式發(fā)散，如果使用標(biāo)球面透鏡，只能在單一方向上進(jìn)行準(zhǔn)直，另一方向則會(huì)發(fā)生發(fā)散或匯聚。使用柱面鏡可以將該問(wèn)題分解到兩個(gè)一維方向，通過(guò)將相互正交的兩塊柱面鏡組合使用即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向同時(shí)準(zhǔn)直。如下圖所示，當(dāng)兩塊柱面鏡的焦距比應(yīng)約等于發(fā)散角之比；兩柱面鏡和光源的間距分別等于二者的焦距；兩柱面鏡位置max光斑寬度需滿足：
d1 = 2f1(tan(θ2/2))d2 = 2f2(tan(θ1/2))，
盡管仍有少許不對(duì)稱(chēng)，但這兩塊柱面鏡的簡(jiǎn)單組合已很大程度上提升了光束質(zhì)量。
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