雙焦透鏡

雙焦透鏡即有兩個焦點的透鏡。

雙焦透鏡是一種重要的光學元件，在高階渦旋光束的均勻性研究中經常用到。謝曉霞研究了一般情況下非軸對稱象散光學元件雙焦透鏡對無衍射Bessel光束的聚焦特性，通過廣義惠更斯一菲涅耳衍射理論衍射積分導出了廣義光強分布表達式，這一表達式包括了普通透鏡、雙焦透鏡和柱透鏡的所有情況。數值模擬了聚焦光束光強分布，並分析雙焦透鏡在x-y，平面上的焦距之差對產生的bottle beam特性的影響。

生活中一些保護視力，預防近視的眼鏡主要就是雙焦透鏡。

基本介紹

• 中文名：雙焦透鏡
• 外文名：bifocal lens
• 一級學科：數理科學
• 二級學科：光學
• 特點：有兩個焦點的透鏡
• 定位：重要的光學元件

簡介

雙焦透鏡即有兩個焦點的透鏡。最初為班傑明·富蘭克林所發明。當時他所戴的眼鏡只有一個焦點，看近處和遠處不停的切換，就會造成眼睛的疲勞。後來他將鏡片一分為二，上下兩片焦距不同的透鏡合起來，組成新鏡片。上半片適合看遠處，下半片適合看近處。由於透鏡的成像原理，即使是半片鏡片依然能呈現完整的像，且兩個像之間互不干擾。以前，無論近視眼鏡還是老花眼鏡，都稱單焦鏡，只有一個焦點。後來發展到雙焦透鏡，同一個鏡片上分為上、下兩個部分。看遠的時候用鏡片的上部分，看近時向下看，正好是咱們的閱讀距離，自然就用了下半部分。假如有400度近視，上面的部分400度，看遠處清楚。下面的部分減掉150-200度的近視度數，也就剩下200度的近視。大量的實驗證明減這個度數孩子能夠接受。為了預防近視，正視眼的人也可以使用，上半部分是0度，也就是沒有近視度數，用在看遠處。下半部分，有150度~200度的遠視度數，用來看書寫字用。目前一些保護視力，預防近視的眼鏡主要就是雙焦透鏡。

雙焦透鏡對Bessel光束傳輸的影響

空心光束(dark hollow beam, DHB)指的是一種在傳播方向上中心光強為零的環狀光束，也稱為“暗中空光束”由於DHB具有一系列新穎獨特的物理性質，其作為雷射導管、光鑷和光學扳手，己成為實現微觀粒子(如微米粒子、納米粒子、生物細胞、原子和分子等)精確操縱和控制的有力工具，在生命科學和納米技術中發揮著重要的作用。自20世紀90年代以來，人們提出了各種不同的DHB模型，如局域空心光束(bottlebeam)、麵包圈光束、橢圓空心光束、矩形空心光束等，組成了一個DHB家族。為了在實驗上實現這些空心光束，多種產生DHB光束的技術和方法相繼被提出，比如幾何光學方法、模式轉換方法和光學全息技術等。基於軸稜錐或者透鏡聚焦無衍射Bessel光束的方法簡單高效、成本低，國內外有許多相關的報導。然而在DHB套用中，光學系統不可避免地受光路失準直、光學元件的加工製造誤差和熱變形等影響。由此而引起的象散對DHB的套用具有現實指導意義。近年來，許多學者在此方面做了詳細的研究。Cai等對DHB在失準直光學系統、象散光學系統和大氣中的傳輸方面做了大量的研究;Zhao等和Ez-Zariy等分別研究了由於光路失準直情況下的透鏡聚焦無衍射Bessel-Gauss光束對產生DHB的影響。在實際套用中，由於光學元件的加工誤差、擠壓或者熱變形，導致透鏡發生形變，使其在x方向和，方向的聚焦不等，因此謝曉霞等建立了一個雙焦透鏡模型來研究透鏡聚焦Bessel光束所產生的DHB的影響。雙焦透鏡是一種重要的光學元件，在高階渦旋光束的均勻性研究中經常用到。謝曉霞研究了一般情況下非軸對稱象散光學元件雙焦透鏡對無衍射Bessel光束的聚焦特性，通過廣義惠更斯一菲涅耳衍射理論衍射積分導出了廣義光強分布表達式，這一表達式包括了普通透鏡、雙焦透鏡和柱透鏡的所有情況。數值模擬了聚焦光束光強分布，並分析雙焦透鏡在x-y，平面上的焦距之差對產生的bottle beam特性的影響。

非球面雙焦距徽透鏡製造方法研究

光刻膠熱熔法是一種製作周期短、效率高、成本低的常用方法。一般光刻膠熱熔法主要用來製作球形微透鏡，即通過設計製作圓形圖案的掩膜，曝光顯影后得到圓柱狀的結構，再進行熱熔，利用光刻膠融化後自身表面張力形成球冠狀微透鏡。

而由於平凸型雙焦距微透鏡厚度一定，透鏡弧矢和子午兩個方向的面型輪廓不一樣，所以兩個方向的底徑也不一樣，這樣雙焦距微透鏡的底面輪廓應該是橢圓形。因此為了利用光刻膠熱熔法製作雙焦距微透鏡，可以設計如圖(a)所示的橢圓形圖案掩膜，曝光顯影后就得到了如圖(b)所示的橢圓柱狀結構，經過熱熔即得到圖 (c)所示橢圓形微透鏡，顯然該透鏡長軸和短軸面型輪廓是不一樣的，這樣就利用熱熔法得到了雙焦距微透鏡。

熱巧雙焦巧微進鏡製作流程

液滴雙焦距微透鏡的製作

目前對於表面微結構的製作，常見的方法一般都是利用矽進行刻蝕，利用體矽刻蝕技術製作各種微納結構也是研究熱點。

刻蝕最簡單分類是:乾法刻蝕和濕法刻蝕。感應禍合電漿(InductivelyCoupled Plasma. ICP)刻蝕是一種乾法刻蝕，原理是通過電感禍合電漿輝光放電分解反應氣體，對樣品表面進行物理轟擊以及化學反應生成揮發性氣體，達到刻蝕的目的。ICP刻蝕技術由於其具有精度高、刻蝕快、均勻性和刻蝕垂直度好、污染少和刻蝕表面平整光滑等優點，常用於刻蝕高深寬比結構，在微結構加工中被廣泛套用。

溝槽型的微結構基底可以得到雙焦距微透鏡，但在製作溝槽型基底前，首先要製作一些陣列柱狀的微結構進行一些規律的探索與驗證。由熱力學分析可知影響接觸角的微結構特徵參數主要就是柱寬、柱間距和柱高，所以製作這幾個參數不同的微結構基底進行接觸角實驗。