准直光的制作方法：原理与实现方式

2026.03.17

准直光是光线传播方向近似平行、光束直径在一定距离内变化较小的光。它广泛用于光学测量、干涉、成像、激光加工和光通信。

准直光的基本原理

把点光源放在透镜前焦点附近，透镜后的光线会趋于平行。反过来，平行光通过理想透镜后会聚于后焦点。实际光束仍存在衍射和像差，因此“完全不扩散”的光并不存在。

使用LED、光纤端面或小孔等光源时，可将光源置于准直透镜的焦点位置。光源尺寸越大，输出光的角度范围通常越大；焦距越长，调整灵敏度和装置尺寸也会增加。

常用透镜包括球面透镜、非球面透镜和消色差透镜。非球面透镜适合抑制球差并获得较高质量的激光准直；宽波段光源则需考虑色差。

半导体激光器的快轴和慢轴发散角不同，通常需要非球面透镜、柱面透镜或专用准直组件。光纤激光输出可根据数值孔径和模式场直径选择准直器。

高斯光束在束腰附近相位面近似平坦，但会在瑞利长度之外逐渐扩散。设计时应根据波长、束腰半径和所需传播距离计算发散角。

离轴抛物面镜等反射光学元件也可将焦点处的光转换为准直光。反射式系统不存在色差，适合宽波段、紫外和红外应用，但对镜面姿态和安装精度要求较高。

可在不同距离测量光束直径，确认光束是否扩散或会聚；也可使用剪切干涉仪、波前传感器、自准直仪或焦点位置测量来评价波前曲率和光轴。

调整时通常先固定光源和透镜的横向位置，再沿光轴微调间距，使远近两个位置的光斑直径变化最小。随后检查偏心、倾斜和像散，并使用稳定的镜架锁定。

光斑呈椭圆或发生像散，可能源于半导体激光器本身、透镜倾斜或偏心。光束在远处明显扩散或会聚，通常说明光源不在焦点。杂散光和多重反射则可通过光阑、消光处理和防反射膜减小。

制作准直光的关键是正确选择光源和光学元件，并精确管理焦点位置、偏心和倾斜。评价时不能只看近距离光斑，还应在足够传播距离内确认光束直径和波前。

需要非接触测量光学部件微小倾斜时，可参考自准直仪产品。