近日，光皓光学合作伙伴AMS Technologies在其官方社交媒体就激光准直和光纤耦合应用发布《如何选择合适的非球面透镜》一文（原文链接：Light Collimation and Fiber Coupling - How To Find the Right Aspheric Lens | LinkedIn），对如何选择非球面透镜产品进行介绍。以下为全文翻译：
在精密的激光光学应用中，使用非球面透镜受益匪浅的两个方向是准直系统和光纤耦合。准直是将光线转化为平行光的过程，对于激光系统、望远镜和光学通信等应用至关重要。光纤耦合则涉及高效地将光输入或输出光纤，用于电信、医疗设备和各种科学仪器等应用。
如何根据您的应用找到合适的透镜呢？以下，我们将介绍相关的方法和公式。
用于准直的非球面透镜
激光二极管产生的光斑一般都是椭圆形并且发散的，这在大多数应用中是不希望看到的，因此准直变得至关重要，非球面透镜就是理想选择。在本文中，我们将介绍如何为激光二极管准直选择合适透镜的方法。
数值孔径足够大吗？
选择非球面透镜时，数值孔径（NA）至关重要，因为它直接影响透镜在收光能力、分辨率以及对光线精确控制。数值孔径是一个无量纲数，结合透镜的折射率，用于衡量输入或输出透镜的最大光线的半角。
透镜必须捕获尽可能多的发散光束，因此它的数值孔径必须大于光束中较大发散轴（快轴）的孔径。否则，会发生挡光，部分激光束会丢失。
激光二级管厂家不会直接给出数值孔径，但会提供水平和垂直两个方向的发散角。在这种情况下，您可以通过将光束椭圆形的两个发散角中较大值除以2，并计算所得角的正弦值来得到近似的空气中的数值孔径：NA = sin（快轴发散角/2）。
FWHM还是1/e²？
非球面透镜与激光二极管的光斑大小相匹配，是光学系统中的重要因素，直接影响光学系统的性能，包括准直、聚焦、效率和像差校正。
激光二极管发散角或光斑大小会有不同的定义方式。对于某些应用，发散角50%或FWHM（半高宽）覆盖的光束是不够的。此时，您需要参考87%或1/e²值。如果数据表中找不到此数值，高斯光束对应的角度可以用1/e²角度 ≈ FWHM角度 x 1.7来近似计算。
如果您确实捕获整个光斑（即所含功率的99%），对应用的角度则须将FWHM值乘以2.576的系数。
焦距？
选择非球面透镜，有效焦距（EFL）也是一个必不可少的因素，关系到校正像差和光线走向，从而最终影响光学性能。既然我们已经计算出了非球面透镜数值孔径（NA）的最小值，那么其有效焦距（EFL）就是光斑大小的第二个参数。可以用公式Ø ≈ 2 x NA x EFL来近似计算光束直径Ø。
使用这个公式，可以根据所需光斑直径来确定透镜的焦距。请记住，所得光斑尺寸是椭圆形光斑快轴方向的数值！
非球面透镜是否与激光的波长（可见光、红外、紫外）匹配？
非球面透镜光学参数通常会给出“设计波长”——透镜的光学性能针对此波长进行了优化。这并不意味着您不能将透镜用于其他波长，但其有效焦距（EFL）值以及其它参数（如工作距离BFL或波前差WFE）会有一些变化。您可以将应用波长与设计波长相比，如果波长较小，则焦距变短，反之则焦距变大。不同波长对非球面透镜波前差的影响最好使用Zemax、Oslo等常见的光学软件进行模拟。
查找、准备、行动！
得到数值孔径和有效焦距，您现在就可以浏览透镜制造商的非球面透镜产品表，查找数值孔径大于您计算结果且有效焦距尽可能接近计算值的非球面透镜，设计波长也尽可能与激光器的波长相匹配。
用于光纤耦合的非球面透镜
为了有效地将准直好的激光二极管光线耦合进光纤中，非球面透镜是首选组件。只要您遵循前几节中概述的一些关键要点，此过程便能迎刃而解。
需要什么焦距？
假设激光束已被准直至一定大小的光斑，即不发散。尽可能多地将此准直光束耦合进光纤纤芯，有效焦距（EFL）必须匹配。否则，部分光线将进入光纤的包层，甚至完全丢失。匹配的透镜焦距可通过将光束直径除以光纤数值孔径的两倍来准确计算：
透镜EFL = 光束Ø /2 x 光纤NA
99%、1/e²还是FWHM？
再次提醒，应注意光纤数值孔径和光斑大小的定义方式。为了更好的耦合，两者的定义标准应相匹配。光纤的数值孔径通常针对99%的光能进行定义，因此光斑也应同样针对99%进行定义。如果您只有50%或FWHM（半高宽）值，您可以通过乘以2.576的系数来近似得到高斯光束的99%值。同理，对于高斯光斑的1/e²值，您可以通过乘以1.515的系数来得到99%的值。
比最小焦距大，但不要大太多
公式“透镜EFL = 光束Ø /2 x 光纤NA”提供了非球面透镜的最小焦距。低于此阈值意味着并非所有光束能量都能有效地耦合进光纤。
一切就绪？购买您的透镜！
AMS Technologies与合作伙伴GH Optics（光皓光学）共同提供可见光和红外光用非球面透镜的解决方案，价格实惠且品质卓越。您的需求是什么？请浏览我们商店中GH Optics的非球面透镜列表！（https://www.amstechnologies-webshop.com/suppliers/gh-optics）如果找不到适合您应用的透镜，请联系我们，我们的光学专家会与您充分交流，为您定制光学解决方案。
