透镜
所有的透镜,无论它们是什么形状,都有一些共同的特性。其中最重要的是焦距。关键是,您应当理解焦距的测量方法,以及各种因素是如何影响透镜的聚焦点的。
焦距
如左图 所示,有三种数值可以用来表示透镜的焦距。最常用的是有效焦距 (EFL),它决定了透镜的放大能力,在规格表中,它常常用来描述某个透镜的焦距。
EFL 是用公式计算出来的,它与透镜内部或附近的某个虚拟“主平面”有关。透镜的设计不同,虚拟平面位置也各异,单凭肉眼查看是无法找到它们的位置的。后焦距 (BFL) 和工作距离 (WD)将焦点与透镜表面上各个实际的点联系起来,可以很容易地观察到这些点。
仅当物体与透镜的距离为无限远时(相当于有一条理想的准直输入),透镜才会在像距等于 EFL的那个位置形成一个点。除此之外,无论物距是什么数值,成像点与透镜的距离都大于焦距。理想状态下,像距与物距间的关系符合下列公式:
其中 o 是指物体到透镜主平面的距离,i 是所成的像到第二主平面的距离,而 f 表示透镜的焦距。在此情况下的几何关系如图 2所示。如果用的是激光,光腰一般可被视为物体。激光器制造商会提供光腰相对于激光器的位置数据,以使您可以随时计算出像距。
这种关系是十分重要的,因为在许多激光光束传递系统(即“飞行光学”系统)里,在工作过程中,透镜系统会相对于激光的光腰发生运动。其结果是,焦点的位置也会发生位移。
实际中有几种效应会对透镜的聚焦位置造成影响,尤其是在高功率激光系统中。工作中激光功率吸收效应会使透镜温度升高。温度的变化会改变折射率、光学元件的热膨胀率,折射率在应力的诱导下也会发生变化(光弹效应)。这将导致热透镜效应,并进而改变工作焦距。

物距与像距的关系
|