Paralaser平行光
Optical Design Sandbox

在线光学方案搭建与仿真

选一颗激光二极管和一片准直镜,系统用真实非球面面型做快/慢轴光线追迹,自动找到最佳准直位置,给出光斑尺寸、残余发散和口径余量;线光源模式再加一片鲍威尔棱镜做扇面追迹。满意就一键转询价。

仿真结果 (扇面光线追迹 vs 公式)
线均匀度 8%
指标结果对照 / 说明
入射光斑 D · 慢轴 ∥ 2f·tanθØ3.26 mm棱镜设计 Ø1 mm,比值 3.26×(0.8~1.2 为宜)
实际扇角(50% 照度全角)68.8°棱镜标称 60°;1/e² 边缘光线 68.3°
线长 L @ 500 mm · 追迹(50% 照度)685 mm公式 2·WD·tan(θ/2) = 577 mm
线均匀度(线内中间 80%,min/max)8%该棱镜在设计光斑下 94%
线宽 t @ 500 mm · 快轴 ⊥0.356 mm准直状态 1.732 mm / 调焦到 WD 0.356 mm(几何像 ⊕ 衍射)
线上平均功率密度 · P ÷ (L × t)0.7 W/cm²P = 1.6 W,线功率 2.3 mW/mm
棱镜设计参数(双曲柱面 + 平面)α 71.8°D-K9 / N-BK7 n=1.5253,R=0.284 mm,k=-1.524,CT≈5.1 mm
发光点–准直镜距离 / 后截距1.676 mm标称 EFL 3.1 mm,CT 3.21 mm
  • ⚠ 实际入射光斑是棱镜设计值的 3.26 倍,线两端偏亮(兔耳),应减小准直焦距或换更大设计光斑的棱镜。

说明:棱镜按「扇角 + 设计光斑」自动设计为圆锥系数 k<-1 的双曲柱面(Powell 面型),顶点半径 R 按平面目标上线照度最均匀优化,与厂家实际面型会有差异;扇面追迹为几何光学,光束按高斯分布加权,未含衍射与散斑;线宽沿用准直追迹,调焦线宽为几何像与衍射的平方和;棱镜材料折射率按 450 nm 取值。结果用于方案筛选与选型,批量前以实测为准。

线光源主要参数与公式
鲍威尔棱镜参数
  • 设计入射光斑 D:棱镜圆角屋脊按这个 1/e² 光斑设计,常见 0.8 / 1.0 / 1.5 / 2.0 / 3.0 mm。实际光斑偏大 → 两端亮(兔耳);偏小 → 中间亮呈高斯。
  • 扇角 θ:由顶角 α 与折射率 n 决定,常见 10° ~ 110°。扇角随波长略变(n 随波长变)。
  • 均匀度:一般按线长中间 80% 内的 min/max 评价,厂家典型 ≥ 80%。
公式
线长L = 2·WD·tan(θ/2)
入射光斑(沿线轴)D = 2·f·tan(Θ/2),需 ≈ 棱镜设计值
线宽(准直状态)t ≈ D⊥ + WD·w₀/f
线宽(调焦到 WD)t ≈ √[(w₀·WD/f)² + (2.44·λ·WD/D⊥)²]
扇角(无圆角极限)θ = 2·asin[n·sin(90°−α/2−r)],sin r = cos(α/2)/n
线上功率密度E = P / (L·t)

Θ 为沿线轴的 LD 1/e² 发散全角,D⊥、w₀ 分别为垂直线方向的准直光斑直径和发光区尺寸,f 为准直镜焦距。

原理示意