軸錐鏡在玻璃切割和熒光顯微鏡的應用

貝塞爾光束的特點
錐透鏡，在光學行業中也稱為衍射錐棱鏡或錐鏡，軸錐鏡，是指將激光束轉換成貝塞爾光束的一類光學元件。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，當被外部的透鏡聚焦時會形成一個拉長的聚焦區域，該區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，就可以跳過透鏡的焦深限制，即聚焦越緊密，它的焦深（DOF）就越短。
 

貝塞爾光束的應用
衍射錐透鏡被用于各種激光器應用當中，由于激光的波長原因，因此聚焦介質應該是透明的。通常情況下，貝塞爾光束應用于玻璃切割領域，其中紅外和綠色波長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<10μm的光斑才可以使用。這只能通過兩種方式才能夠實現，一種是機械移動激光頭，來減小切割速度；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勢，因為它在Z方向上沒有移動部件。
貝塞爾光束還應用在光片熒光顯微鏡中，用一個焦深較大的高斯貝塞爾光束來掃描試驗的樣本，創建一個光片可以檢測在流體通道中流動的熒光結合在一起的粒子或者細胞。這種方法能夠保證高分辨率和流速，同時保持良好的精度。
 
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，雖然制作過程簡單且價格合理，但是針對生成貝塞爾光束的用途提出了如下的嚴格要求：
-底角不能太小；
-打磨的角度存在誤差，會導致性能不穩定；
-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。
相對于傳統型的折射錐棱鏡，衍射錐棱鏡是在其表面上蝕刻微米級的結構，也就是將宏觀上的幾何結構轉換成微觀上的幾何結構，使得衍射錐棱鏡看起來像是一塊平面鏡。與此同時，除了衍射錐棱鏡的功能與傳統錐棱鏡是一致的，衍射錐棱鏡還具有以下的優點：
-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性能；
-能夠生成完美的貝塞爾光束；
-根據所需可任意減小角度；
-無熱敏性，在所有的使用環境下性能都是穩定的；
-元件尺寸小、厚度薄、質量輕、透鏡平整度好，更適用于緊湊型的光學系統中。

增大焦深的解決方案
Holoor在貝塞爾光束產生方面擁有多年的經驗，提供多種型號的衍射錐棱鏡，產生精確的貝塞爾光束。我們還開發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，該模塊結合了高數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現平頂聚焦。與生成貝塞爾光束的衍射錐棱鏡相比，這是一個更為有效的解決方案。