簡要介紹可變焦莫爾透鏡

可變焦莫爾透鏡由特殊結構的級聯衍射光學元件 (DOE) 組成。通過簡單地旋轉元件，這些鏡頭可以在很寬的焦距范圍內連續調節。可變焦莫爾透鏡在單色照明下表現出無像差性能，并且可以適應從UV到IR的波長。典型應用包括激光光學組件，如可變光束擴展器，或作為變焦鏡頭內的元件，無需復雜的平移光機械。使用莫爾透鏡，激光束可以可變聚焦，或者可以清晰地對可變距離的物體成像。通過相互旋轉兩個DOES（衍射光學元件），鏡頭的焦距會發生變化——您可以將無限多個鏡頭合二為一。

可變焦莫爾透鏡

可變焦莫爾透鏡特點

• 在寬焦距范圍內連續精確地改變焦距

• 單色光無像差

• 適用于高功率應用

• 孔徑和光譜可擴展（從紫外到紅外）

• 輕薄

• 與溫度無關（在-20°C和70°C之間）

由于莫爾效應，DOE的相互旋轉會導致透鏡具有一定的屈光力，這取決于旋轉角φ。

DOE具有表面結構，可在0和2π之間的范圍內移動單色光的相位。互補結構DOE的疊加與相應的菲涅耳透鏡具有相同的效果。

相對于第一個元件旋轉可變焦莫爾透鏡組件中的第二個元件可提供光源的連續聚焦。該組件跨越±25屈光度范圍內的負焦距和正焦距。

應用領域和市場

特殊的高端應用以及眾多的低端批量產品。可實現偏置光功率，光學效率高達90%，可減少色差計算，與“標準”光學器件（如玻璃透鏡）組合允許對色散效應進行補償。

• 成像：用于相機、手機或顯微鏡的輕巧緊湊的變焦光學器件、可調節眼鏡、類似人眼的成像系統

• 高功率：用于高功率應用的激光雕刻、打標和切割、掃描頭

• 光束投影：可調照明系統、燈具和大燈、變焦汽車照明、掃描儀、投影儀、打印機等。

• 實驗室設備：用于光學原型制作的可調節多用途設備等。

• 科學和前端：激光束整形和調制，在光鑷和干涉儀中產生環形光束等。

• 其他應用：熱成像、紅外成像、太赫茲輻射應用、變焦超聲透鏡

可調鏡頭——莫爾透鏡可實現動態聚焦

主要應用

• 智能手機或無人機中的微型相機以及紅外相機的自動對焦或變焦光學元件

• 體積成像和 3D 激光處理

• 用于汽車行業、條碼掃描和太赫茲應用的可調鏡頭

• 眼科變焦鏡片

可調軸心鏡——使用莫爾透鏡生成可調軸棱鏡以動態調制自愈光束

應用

• 對細胞等微米級結構的動態捕獲

• 在激光加工和鉆孔中產生可變的自愈光束或光環

• 在成像過程中調整景深

• 激光手術中的動態光束調制

可調移相器——莫爾透鏡原理可以實現無限遠移相器

應用

• 高精度光譜儀中的移頻器

• 干涉測量中的相位控制

• 光學相干斷層掃描

• 原子俘獲和量子操縱

可調螺旋光束——莫爾透鏡可調整階梯狀相位前沿的陡度以產生可變直徑的環形焦點

應用

• 捕獲和旋轉微米級結構，如電池

• 在光學顯微鏡中可變地突出物體邊緣

• 激光加工中可變尺寸的鉆環

• 通過動態波束復用提高電信中的比特率

常見問題

可變焦距莫爾透鏡有哪些優點？

可變焦莫爾透鏡具有一對特殊結構的衍射光學元件，通過標準光刻技術制造。這些鏡頭還包括比替代液體、光聲或納米材料技術更簡單的設計和構造。簡單的結構還使莫爾透鏡對溫度變化不敏感并且抗振。這些板也很薄、很輕，可以由多種材料制成，包括在紫外或紅外光譜區域透射的材料。通過簡單旋轉平板即可在較寬的焦距范圍內聚焦，當與單色照明一起使用時會產生無像差的光斑。

可變焦距莫爾透鏡有什么缺點嗎？

• 強烈的色差

• 增加光功率時透鏡效率降低

• 僅對特定波長進行最佳操作

• 最大光圈受限（約20mm）

可變焦距莫爾透鏡的效率是多少？

莫爾透鏡的一階衍射效率n 1取決于所選的扭轉角θ，從而產生相應的光焦度：

n₁=(sinc(θ?2))² (1)

總有效率的衍射效率和傳輸效率的乘積  ?_t，這大約是96％。對于 45o 的扭轉角，衍射效率約為 65%，因此總效率約為 62%。

可變焦距莫爾透鏡是如何制造的？

可變焦莫爾透鏡的單個衍射光學元件的表面結構是通過標準光刻技術產生的。由此產生的一對元件創建了菲涅耳區域，可以連續調整這些區域以創建連續可變的焦距。

極化如何影響性能？

可變焦距莫爾透鏡的功能與偏振無關。

創建定制的可變焦莫爾透鏡需要什么規格？

要創建自定義的可變焦莫爾透鏡，需要滿足以下條件：

• 鏡頭尺寸（直徑、方形等）

• 通光孔徑

• 最大厚度

• 所需焦距范圍

• 工作波長范圍

• 最大光功率所需的效率

可變焦莫爾透鏡提供多大的光焦度范圍和數值孔徑 (NA)？

n₁=(sinc(θ/2))² (1)

假設DOE表面的光刻處理單元在波長范圍內（在UV范圍之外是真實的），可變焦莫爾透鏡的光功率(D)可以計算如下：

D=θ/Aπ (2)，這里θ代表DOE的當前扭曲角，A代表鏡頭的通光孔徑。

等式1表明可變焦莫爾透鏡在扭轉角為±90o(θ=±π/2)時的衍射效率高于80%。對于這個鏡頭，光圈的光功率范圍如下：

D=±1/2A=±25Dpt，這意味著可變焦莫爾透鏡的光焦度與光圈成反比。NA在其光功率的整個調制過程中具有恒定值（在上述示例中，NA=0.24）。

有哪些波長可用？

可以為從紫外線到紅外線的波長制造可變焦莫爾透鏡。DOE的莫爾圖案需要針對特定波長進行設計；當結構高度等于設計波長的整數倍（2π相移）時，可實現最大效率。DOE設計中的限制因素是基板的傳輸特性。熔融石英通常用于紫外線或可見光應用，而鍺是紅外線應用的常見選擇。