軸錐鏡在玻璃切割和熒光顯微鏡的應(yīng)用

貝塞爾光束的特點(diǎn)
錐透鏡，在光學(xué)行業(yè)中也稱為衍射錐棱鏡或錐鏡，軸錐鏡，是指將激光束轉(zhuǎn)換成貝塞爾光束的一類光學(xué)元件。貝塞爾光束是一種特殊的非衍射光束，和單模高斯光束相比，它的聚焦深度大。貝塞爾光束，當(dāng)被外部的透鏡聚焦時(shí)會(huì)形成一個(gè)拉長(zhǎng)的聚焦區(qū)域，該區(qū)域具有與透鏡相同的衍射極限光斑尺寸，但也可能是瑞利范圍的許多倍。這樣一來(lái)，就可以跳過(guò)透鏡的焦深限制，即聚焦越緊密，它的焦深（DOF）就越短。
 

貝塞爾光束的應(yīng)用
衍射錐透鏡被用于各種激光器應(yīng)用當(dāng)中，由于激光的波長(zhǎng)原因，因此聚焦介質(zhì)應(yīng)該是透明的。通常情況下，貝塞爾光束應(yīng)用于玻璃切割領(lǐng)域，其中紅外和綠色波長(zhǎng)的單模超短脈沖激光器作為激光源。可以切割0.3-1.5mm的厚度玻璃，并且要求激光在玻璃切割面上能夠聚焦一個(gè)<10μm的光斑才可以使用。這只能通過(guò)兩種方式才能夠?qū)崿F(xiàn)，一種是機(jī)械移動(dòng)激光頭，來(lái)減小切割速度；另一種是用貝塞爾光束增加其焦深（DOF）。貝塞爾光束法在使用效率上和可靠性方面都有較好的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗赯方向上沒有移動(dòng)部件。
貝塞爾光束還應(yīng)用在光片熒光顯微鏡中，用一個(gè)焦深較大的高斯貝塞爾光束來(lái)掃描試驗(yàn)的樣本，創(chuàng)建一個(gè)光片可以檢測(cè)在流體通道中流動(dòng)的熒光結(jié)合在一起的粒子或者細(xì)胞。這種方法能夠保證高分辨率和流速，同時(shí)保持良好的精度。
 
生成貝塞爾光束的元件類型
有兩種生成貝塞爾光束的元件：折射錐棱鏡和衍射錐棱鏡。
折射錐棱鏡是以一定角度而打磨成的玻璃圓椎體，雖然制作過(guò)程簡(jiǎn)單且價(jià)格合理，但是針對(duì)生成貝塞爾光束的用途提出了如下的嚴(yán)格要求：
-底角不能太小；
-打磨的角度存在誤差，會(huì)導(dǎo)致性能不穩(wěn)定；
-圓錐形的尖部是圓形的，輪廓不佳，增加了光束的損耗和零階，功率較小的光束的損耗更明顯；
-拋光必須要求高精度。
相對(duì)于傳統(tǒng)型的折射錐棱鏡，衍射錐棱鏡是在其表面上蝕刻微米級(jí)的結(jié)構(gòu)，也就是將宏觀上的幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成微觀上的幾何結(jié)構(gòu)，使得衍射錐棱鏡看起來(lái)像是一塊平面鏡。與此同時(shí)，除了衍射錐棱鏡的功能與傳統(tǒng)錐棱鏡是一致的，衍射錐棱鏡還具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
-具有的角度精度，衍射錐棱鏡的角度*；
-錐棱鏡的尖部沒有缺陷，所有的位置都具有相同的光學(xué)性能；
-能夠生成完美的貝塞爾光束；
-根據(jù)所需可任意減小角度；
-無(wú)熱敏性，在所有的使用環(huán)境下性能都是穩(wěn)定的；
-元件尺寸小、厚度薄、質(zhì)量輕、透鏡平整度好，更適用于緊湊型的光學(xué)系統(tǒng)中。

增大焦深的解決方案
Holoor在貝塞爾光束產(chǎn)生方面擁有多年的經(jīng)驗(yàn)，提供多種型號(hào)的衍射錐棱鏡，產(chǎn)生精確的貝塞爾光束。我們還開發(fā)了基于類貝塞爾光束的聚焦成形解決方案——DeepCleave激光成絲切割模組，該模塊結(jié)合了高數(shù)值孔徑的激光物鏡和一種特殊的貝塞爾光束DOF元件的性能，可在焦深范圍之外以極小的能量就可以實(shí)現(xiàn)平頂聚焦。與生成貝塞爾光束的衍射錐棱鏡相比，這是一個(gè)更為有效的解決方案。