摘要：你是否在激光加工、显微捕获或眼科手术中，苦恼于光束随距离衍射、聚焦点漂移？答案很可能就在一块小小的圆锥透镜！本文将从“它到底是什么”“为什么能产生近似 Bessel 光束”“典型应用场景”“如何选型与搭配”四个维度，帮你快速洞悉圆锥透镜的价值，助力项目提效、降

导语

你是否在激光加工、显微捕获或眼科手术中，苦恼于光束随距离衍射、聚焦点漂移？答案很可能就在一块小小的圆锥透镜！本文将从“它到底是什么”“为什么能产生近似 Bessel 光束”“典型应用场景”“如何选型与搭配”四个维度，帮你快速洞悉圆锥透镜的价值，助力项目提效、降低成本。

一、圆锥透镜是什么？
• 圆锥形透镜，由倾斜角 α 与顶角共同决定。

• 与普通聚焦透镜不同，圆锥透镜 不把光聚成点，而是利用相位干涉在光轴上形成一条焦线（即 Bessel Beam 区域），从而将光束在较大深度范围内保持横向分布不变。

• 该区域内光束呈 环形，厚度保持恒定，只随距离改变直径，实现“近似非衍射”特性。

图1: 用锥透镜聚光

二、Bessel Beam 的独特优势

这意味着在激光加工、显微捕获、光学测量等对光束形状要求严苛的场景，圆锥透镜能让系统更稳、更精准。

三、典型应用场景

1.医疗——激光角膜手术

环形光束可平滑、均匀蒸发角膜组织，利用正负两片圆锥透镜调节环径，满足不同患者与手术需求。通过改变两片之间的距离，即可实现从细小到较大直径的灵活切割，提升手术效率并降低组织损伤。

2.光学捕获（Optical Trapping）

Bessel 区域能够在显微载玻片平面长时间保持粒子停留，无需频繁重新聚焦；环形光束还能分离捕获对象，实现多目标的选择性操作，特别适合细胞、生物大分子等微小样品的非接触操控。

3.高功率材料加工

反射型圆锥透镜产生的高功率 Bessel Beam适合纳米通道钻孔、玻璃微加工等需求。由于光强分布均匀，钻孔直径保持一致、壁面光滑，显著提升加工质量与产能。

4.测量、对准与科研

因为环厚不变、直径可预测，圆锥透镜成为光路对准、光学元件尺度校准的理想工具。无论在实验室还是工业现场，都能快速验证光学系统的对称性与焦深。

四、如何选型？

选型时，请重点关注：

• 倾斜角 α：α 越大，环径随距离增长越快；α 越小，DOF（深度焦区）越长。

• 材料折射率 n：高‑n 材料可在同等α下获得更短的 DOF，适合需要紧凑焦深的系统。

• 表面质量：光学加工精度直接决定环厚均匀性，建议选取 λ/10 以上的表面粗糙度。

搭配的常用光学元件

• 激光扩束镜：将入射束半径 R 调整到合适大小，R 越大，DOF 越长。

• 高精度镜头座：实现亚微米级的轴线对准，确保光束中心精准通过圆锥透镜顶点。

• 可调支架：灵活改变圆锥透镜与目标之间的距离 L，以精准控制环径。

图2: L = 228.6mm时，绿色激光通过锥透镜的成像

图3: L = 355.6mm时，绿色激光通过锥透镜的成像

五、快速上手——打造你的第一条 Bessel Beam

1.确定激光波长（如 532 nm 绿光）并选用匹配的光学镀膜。

2.使用扩束镜 将光束半径调至所需 R（影响 DOF 长度）。

3.将圆锥透镜安装在光轴中心，使用微调镜头座进行精确对准。

4.调节圆锥透镜与目标之间的距离 L，依据公式 dr ≈ 2 L tan[(n‑1)α] 获得所需环径。

5.检测环厚：理论上等于入射半径 R，若出现偏差，可检查对准或更换倾斜角更合适的圆锥透镜。

完成以上步骤后，你便拥有一束非衍射的 Bessel Beam，可直接用于实验验证、材料加工或医学演示。

结语 & 行动号召

圆锥透镜通过其独特的圆锥结构，为激光系统提供几乎非衍射的 Bessel Beam，让光束在医学、加工、科研等领域实现更高的精度、更低的成本。如果你正在寻找可靠的光束整形元件，请联系技术顾问获取专属选型建议。

来源：RYMO