Anamorphic Prism Pairs

大多数激光二极管由于有源区呈矩形结构（图1），会在X/Y轴产生具有不同发散角的椭圆形光束。此类光束在多数应用中会产生负面影响，椭圆形光束的聚焦光斑尺寸会显著大于圆形光束。较大的光斑尺寸将导致焦点处辐照度（单位面积辐射能通量）降低，进而可能需要提升激光器输入功率。变形棱镜对特别适用于椭圆光束的圆化处理。

图1：激光二极管的矩形结构，会产生在不同方向上具有不同发散角的椭圆形光束。

变形棱镜对由两个直角棱镜构成，通过折射作用重塑光束形态¹。其核心功能是将椭圆光束转换为圆形轮廓，也可调控生成不同尺寸的椭圆光束。光学重塑基于折射原理：光束在单轴方向发生偏折，另一轴向保持恒定（图2），从而补偿原始光束的双向发散差异。 这种特性可补偿原始光束的不同发散角度。

图2：变形棱镜对通过单轴方向的光束扩束实现椭圆光束的光斑形状修正。

单个棱镜虽然可以改变单轴光束半径，但会同时改变光束传播方向。需要成对使用棱镜来调控光束椭圆度，同时保持原始传播方向(图 2)。然而，使用变形棱镜对需要精确的角度校准。虽然非必须条件，但建议将其中一个棱镜置于布鲁斯特角（即p偏振光无反射的入射角）。棱镜的另一表面应采用垂直入射设计，并配备增透膜（AR镀膜）以实现最大光通量。这种精密校准要求是客户通常选择预校准棱镜对套装的主要原因。

高端激光二极管常在激光头内集成变形棱镜对以实现光斑修正。但多数低成本二极管未配备此装置。实际应用中，"分立式二极管+外置变形棱镜对"的总成本通常低于采购高端集成化产品。

与柱面透镜方案对比

柱面透镜（仅单轴方向具备光焦度）同样广泛用于椭圆光光斑修正处理（图3）。柱面透镜通过聚焦或改变波前曲率实现光束调控。因此，在低波前畸变应用场景中，变形棱镜对更具优势。

柱面透镜比预装式变形棱镜对具有更多自由度，导致其校准难度更高。柱面透镜易发生倾斜，而棱镜系统在独立轴校准过程中具有更好的容错性。使用柱面透镜时需特别注意其焦距参数，确保与二极管输出端保持精确距离以生成准直化圆整光束。预装式变形棱镜对用户友好性更佳：出厂预校准固定扩束倍率，无需像柱面透镜那样自主定位组装仅需沿单一轴向滑动棱镜至光路即可完成校准，减少额外调试环节，节省了使用者的时间成本。对棱镜组与入射激光束的相对位置敏感度较低Th

图3双柱面透镜通过独立调控X/Y轴实现椭圆光束光斑形状修正

柱面透镜的优势体现在：更高自由度适用于研究级应用与原型开发配合增透膜（AR镀膜）可实现更高光通量材料的光程损耗低于棱镜系统（布鲁斯特角配置下p偏振光会产生损耗）更多柱面透镜技术细节请参阅柱面透镜使用注意事项应用指南。 

表1：柱面透镜与变形棱镜对光束圆化方案性能对比

Edmund Optics® 变形棱镜对解决方案

提供模块化/非模块化/可调式三种配置，可选宽带或激光线专用增透膜（适配主流二极管波长）：变形棱镜对出厂即完成棱镜对校准与固定，支持设定范围内的扩束倍率调节

变形棱镜组

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参考文献：

1. Paschotta, Rüdiger.Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP Photonics, October 2017, www.rp-photonics.com/encyclopedia.html.
2. 变形镜：用变形棱镜对实现激光束整形(2020年3月23日)。2020年6月15日检索，来自https://shapeoptics.com/anamorphic_prism/

更多资源

• 柱面透镜使用注意事项应用指南
• 为什么使用平顶激光束？应用指南
• 激光实验室系列视频