1 什么是圆锥镜？
圆锥镜（Axicons）是一种包含了圆锥表面的光学元件，一个凸形圆锥镜的实物图如下所示，它的上表面是一个圆锥斜面，下表面是一个平面。![]()
按照对光线的作用方式的不同，透射类的圆锥镜可以分为汇聚圆锥镜和发散圆锥镜两种。设定一个圆锥镜的斜面与其底面所成的角度为α，当一个高为h的平行光束入射到该圆锥镜时，光在圆锥表面将会改变方向，并形成圆环状光束出射，如下图所示：![]()
当圆锥镜的底部角度α<10°时，平行光束的折转角β的大小近似为：
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对于高度为h的光线，在经过材料折射率是n的圆锥镜后，对应的焦点位置为： ![]()
在出射端放置一个白屏，并前后移动，观察发出的环形光束，会发现一个神奇的现象，就是当白屏远离圆锥镜的时候，环形光束的直径将会增大，而环的宽度是保持不变的，该环形光束具有贝塞尔光束的特性，因此通常被称为“贝塞尔环”。实际中，通过观察环内光斑的亮度均匀性如何，就可以判断出圆锥面的面形质量的优劣了。2 圆锥镜用于产生环形光束
通过上面的介绍可以看出，使用圆锥镜，可以产生环形光束，因此，该类元件常用在需要环形光束的场合，例如均匀照明、激光加工、医疗美容等领域。根据使用场景的不同，圆锥镜分为透射式圆锥镜和反射式圆锥镜，我们在这里介绍一下它们的应用。我们知道，与点光源相比，环形光源可以提供更均匀的照明，因此它在很多光学系统中得到了应用。将一个圆锥镜与一个汇聚透镜相结合，就可以产生环形光源照明，如下图所示，在圆锥镜的前端放置一个焦距是f的汇聚透镜，就可以在后端焦面处形成一个环形的光源：![]()
上图中，环形光源的半径R0可由下式获得：
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实际中，为了获得更大直径的环形光源，可以使用发散的圆锥镜，其光路如下所示![]()
上图中，发散的圆锥镜可以使得光束在同侧传输，不会产生相交，从而获得更大直径的环形光源。当圆锥镜在光路中用于反射作用时，也可以获得特殊的光束整形效果。如下图所示，一束平行光照射到反射式圆锥镜表面后，会形成一个宽度恒定的环形光束出射：![]()
从图中可以看出，当圆锥镜的斜面角度为α时，被反射的环形光束的夹角为2倍α，这也是反射式圆锥镜的特性之一。另外，使用两组有相同楔角的反射圆锥镜，可以将入射的平行光分成环形平行光束出射，其光路如下图所示：![]()
上图中，利用一对凸锥镜和凹锥镜的组合，实现了将入射的平行光分束成口径为原光束一半的环形平行光束并出射。实际中，通过调整两圆锥镜间距d的大小，就可以改变出射环形光束的半径R0的大小。3 结语
在本文中，我们对圆锥镜的基础知识和应用做了详细的介绍，圆锥镜是一种包含圆锥表面的光学元件，对于入射到该类表面的光束，通常会被整形为环形光束出射，基于这个特性，该类元件在均匀照明、激光加工、医疗美容等领域得到了很多的应用，相信通过本篇的阅读，大家对于圆锥镜有了更多的了解。下一期，我们会继续介绍有用的光学知识，敬请大家期待。
