激光准直时用普通球面透镜，非球面透镜，柱面透镜有什么区别？

让我们以激光二极管（LD）为例进行探讨，它的输出特性展现为具有各向异性的椭圆像散高斯光束。这一空间分布特性可通过下面的图像得以清晰呈现。

在实现激光准直的过程中，球面透镜、非球面透镜以及柱面透镜都能发挥重要作用。

相较于球面透镜，非球面透镜的设计优势在于其非球面形状不会引入球差。然而，即便经过这两种透镜的处理，光束仍然只能达到椭圆准直状态。对于要求圆形光束的光学系统而言，还需借助柱面透镜来实现光斑的圆化。

柱面透镜与球面透镜在原理上相似，都利用曲面进行光线的聚焦或发散。不过，柱面透镜的独特之处在于它仅在一个特定方向上具备汇聚或发散能力，而对垂直方向的光线则无影响。

为了生成对称的输出光束，需要确保两个柱面透镜的焦距比例与LD发射的椭圆光束的长轴与短轴的比例相匹配。在标准化准直过程中，应将二极管置于两个透镜的焦点处，同时确保透镜间的距离等于它们焦距之差。

激光二极管的发散率可能极高，这为准直过程带来了不小的挑战。发散率直接影响光学系统的允许长度以及所需透镜的尺寸。通过透镜焦距（f）和发散角（θ）的计算，我们可以确定每个透镜所能承受的最大光束宽度（d），从而确保每个透镜的通光孔径都足够大以容纳相应的光束。

然而，柱面透镜在灵活适应不同椭圆光束圆化方面存在局限，尤其是在定制焦距成本较高的情况下。此时，变形棱镜对成为了一种可行的替代方案，尽管它可能导致光轴发生一定偏移。

当然，我们还可以借助空间滤波器来实现光束的圆化，这种方法通常能够获得最佳的光束圆度，但可能以牺牲部分透过率为代价。

下表详细记录了实验结果，其中绿色栏标识了每种测量参数下的最佳表现。每种整形技术都有其独特优势，具体选择应基于系统对光束质量、透射光功率以及装置局限性的综合要求。

空间滤波器在提升光束圆形度和质量方面效果显著，但相应地会导致光束透射功率降低。柱面透镜对则能够在维持较好圆形度的同时，平衡光束质量与透射功率，并有效补偿光束像散。变形棱镜对在光束圆形度方面与柱面透镜对相近，但其输出光束的M2值和波前误差表现更为优异，不过透射功率同样较低。