可變焦莫爾透鏡由特殊結(jié)構(gòu)的級聯(lián)衍射光學(xué)元件 (DOE) 組成。通過簡單地旋轉(zhuǎn)元件，這些鏡頭可以在很寬的焦距范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。可變焦莫爾透鏡在單色照明下表現(xiàn)出無像差性能，并且可以適應(yīng)從UV到IR的波長。典型應(yīng)用包括激光光學(xué)組件，如可變光束擴(kuò)展器，或作為變焦鏡頭內(nèi)的元件，無需復(fù)雜的平移光機(jī)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(zhuǎn)兩個(gè)DOES（衍射光學(xué)元件），鏡頭的焦距會(huì)發(fā)生變化——您可以將無限多個(gè)鏡頭合二為一。

可變焦莫爾透鏡

可變焦莫爾透鏡特點(diǎn)

• 在寬焦距范圍內(nèi)連續(xù)精確地改變焦距

• 單色光無像差

• 適用于高功率應(yīng)用

• 孔徑和光譜可擴(kuò)展（從紫外到紅外）

• 輕薄

• 與溫度無關(guān)（在-20°C和70°C之間）

由于莫爾效應(yīng)，DOE的相互旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致透鏡具有一定的屈光力，這取決于旋轉(zhuǎn)角φ。

DOE具有表面結(jié)構(gòu)，可在0和2π之間的范圍內(nèi)移動(dòng)單色光的相位。互補(bǔ)結(jié)構(gòu)DOE的疊加與相應(yīng)的菲涅耳透鏡具有相同的效果。

相對于第一個(gè)元件旋轉(zhuǎn)可變焦莫爾透鏡組件中的第二個(gè)元件可提供光源的連續(xù)聚焦。該組件跨越±25屈光度范圍內(nèi)的負(fù)焦距和正焦距。

應(yīng)用領(lǐng)域和市場

特殊的高端應(yīng)用以及眾多的低端批量產(chǎn)品?？蓪?shí)現(xiàn)偏置光功率，光學(xué)效率高達(dá)90%，可減少色差計(jì)算，與“標(biāo)準(zhǔn)”光學(xué)器件（如玻璃透鏡）組合允許對色散效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。

• 成像：用于相機(jī)、手機(jī)或顯微鏡的輕巧緊湊的變焦光學(xué)器件、可調(diào)節(jié)眼鏡、類似人眼的成像系統(tǒng)

• 高功率：用于高功率應(yīng)用的激光雕刻、打標(biāo)和切割、掃描頭

• 光束投影：可調(diào)照明系統(tǒng)、燈具和大燈、變焦汽車照明、掃描儀、投影儀、打印機(jī)等。

• 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：用于光學(xué)原型制作的可調(diào)節(jié)多用途設(shè)備等。

• 科學(xué)和前端：激光束整形和調(diào)制，在光鑷和干涉儀中產(chǎn)生環(huán)形光束等。

• 其他應(yīng)用：熱成像、紅外成像、太赫茲輻射應(yīng)用、變焦超聲透鏡

可調(diào)鏡頭——莫爾透鏡可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦

主要應(yīng)用

• 智能手機(jī)或無人機(jī)中的微型相機(jī)以及紅外相機(jī)的自動(dòng)對焦或變焦光學(xué)元件

• 體積成像和 3D 激光處理

• 用于汽車行業(yè)、條碼掃描和太赫茲應(yīng)用的可調(diào)鏡頭

• 眼科變焦鏡片

可調(diào)軸心鏡——使用莫爾透鏡生成可調(diào)軸棱鏡以動(dòng)態(tài)調(diào)制自愈光束

應(yīng)用

• 對細(xì)胞等微米級結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)捕獲

• 在激光加工和鉆孔中產(chǎn)生可變的自愈光束或光環(huán)

• 在成像過程中調(diào)整景深

• 激光手術(shù)中的動(dòng)態(tài)光束調(diào)制

可調(diào)移相器——莫爾透鏡原理可以實(shí)現(xiàn)無限遠(yuǎn)移相器

應(yīng)用

• 高精度光譜儀中的移頻器

• 干涉測量中的相位控制

• 光學(xué)相干斷層掃描

• 原子俘獲和量子操縱

可調(diào)螺旋光束——莫爾透鏡可調(diào)整階梯狀相位前沿的陡度以產(chǎn)生可變直徑的環(huán)形焦點(diǎn)

應(yīng)用

• 捕獲和旋轉(zhuǎn)微米級結(jié)構(gòu)，如電池

• 在光學(xué)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(huán)

• 通過動(dòng)態(tài)波束復(fù)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(yōu)點(diǎn)？

可變焦莫爾透鏡具有一對特殊結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)元件，通過標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)制造。這些鏡頭還包括比替代液體、光聲或納米材料技術(shù)更簡單的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。簡單的結(jié)構(gòu)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(qū)域透射的材料。通過簡單旋轉(zhuǎn)平板即可在較寬的焦距范圍內(nèi)聚焦，當(dāng)與單色照明一起使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生無像差的光斑。

可變焦距莫爾透鏡有什么缺點(diǎn)嗎？

• 強(qiáng)烈的色差

• 增加光功率時(shí)透鏡效率降低

• 僅對特定波長進(jìn)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(zhuǎn)角θ，從而產(chǎn)生相應(yīng)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(zhuǎn)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(gè)衍射光學(xué)元件的表面結(jié)構(gòu)是通過標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)產(chǎn)生的。由此產(chǎn)生的一對元件創(chuàng)建了菲涅耳區(qū)域，可以連續(xù)調(diào)整這些區(qū)域以創(chuàng)建連續(xù)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(guān)。

創(chuàng)建定制的可變焦莫爾透鏡需要什么規(guī)格？

要?jiǎng)?chuàng)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(shù)值孔徑 (NA)？

n₁=(sinc(θ/2))² (1)

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

D=θ/Aπ (2)，這里θ代表DOE的當(dāng)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(zhuǎn)角為±90o(θ=±π/2)時(shí)的衍射效率高于80%。對于這個(gè)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(gè)調(diào)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(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)結(jié)構(gòu)高度等于設(shè)計(jì)波長的整數(shù)倍（2π相移）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最大效率。DOE設(shè)計(jì)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(yīng)用，而鍺是紅外線應(yīng)用的常見選擇。