福特科：神奇的柱面镜

    光学系统通常由透镜、分光镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成，通过改变光的形状、大小、能量、方向、偏振态、相位等来成像或做光学信息处理。光学元件的面形通常是球面或平面两大类，柱面镜属于球面类，均使用曲面来聚焦或发散光线，但柱面镜不同于球面镜各向同性的特点，仅在一个方向上具有汇聚或发散能力，不会影响垂直方向上的光线，因此是一维放大应用的理想选择。柱面镜从形状上可分为平凸柱面透镜、平凹柱面透镜、双凸柱面透镜、双凹柱面、弯月柱面镜、柱交柱面镜和异形类柱面透镜等。

      柱面透镜在激光束的控制和整形中起着重要的作用，用于激光片成形和将椭圆光束环形化；或用于以调节图像高度大小，成像系统中校正像散。广泛应用于电影摄放系统、传真机和印刷排版的扫描成像系统，医疗领域的胃镜、腹腔镜，汽车领域的车载视频系统；以及线性探测器照明，条形码扫描，全息照明，光信息处理，计算机，激光发射等领域。

       顾名思义，将准直光源整形成线光源是柱面镜最广泛的应用。如下图所示，半径为r0的准直光源射入一面焦距为-f的平凹柱面透镜；光束以半角θ发散（θ = r0/f），也可近似看作是位于焦点-f处的点光源的发散。在透镜后方距离为z的位置，虽然线光束宽度仍为2r0（忽略高斯光斑的发散），但其长度变为：

L = 2(r0/f)(z+f)，当z远大于f时，扩束倍率接近z/f，线光斑长度也与z成正比。

如果需要在z处产生宽度极窄的线光源，可以在上述平凹柱面透镜的前端或后端引入一个焦距为z的平凸柱面透镜，并将其与平凹柱面镜正交放置，从而压缩光束宽度。

      激光二极管输出光束以不对称形式发散，如果使用标球面透镜，只能在单一方向上进行准直，另一方向则会发生发散或汇聚。使用柱面镜可以将该问题分解到两个一维方向，通过将相互正交的两块柱面镜组合使用即可实现两个方向同时准直。如下图所示，当两块柱面镜的焦距比应约等于发散角之比；两柱面镜和光源的间距分别等于二者的焦距；两柱面镜位置最大光斑宽度需满足：

d1 = 2f1(tan(θ2/2))d2 = 2f2(tan(θ1/2))，

尽管仍有少许不对称，但这两块柱面镜的简单组合已极大地提升了光束质量。

3.1、柱面镜：

Ø 采用专有的研磨成型设备，设计开发各种工装冶具满足各种柱面形状加工；

Ø 采用专利滚抛技术，实现量产百万片/月；

Ø 加工柱面R值最小为3mm，最大R值为2520mm;

Ø 轴偏心值小于0.02mm；光洁度优于S/D=40/20;

Ø 对任意柱面表面镀各种波长要求的增透膜或反射膜。

3.2、非球面柱面镜：   

Ø 福特科拥有数控研磨抛光和玻璃模压成型两种非球柱面加工技术。

      其中数控磨抛技术适用于样品或者小批量生产，具有生产周期短、效率高，前期投入成本低等优点；但是其重复性低，加工周期长，单件加工成本昂贵等缺点，不适合批量生产。

      而玻璃模压成型技术恰恰相反，它前期需要投入模仁等工装治具，周期较长，费用较高，但其重复性高，加工周期短，加工成本低等优点，适合批量生产。

Ø 福特科的“非球柱面透镜超精密加工技术”曾荣获2021年中国激光金耀奖-新技术铜奖。