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DOCUMENTATION TECHNIQUEGUIDE DE SÉLECTIONLENTILLES SPHÉRIQUESLENTILLES CYLINDRIQUES
& SPÉCIALES
KITS OPTIQUESSYSTÈMES OPTIQUESMIROIRS
PRISMES
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Guide de sélection des lentilles
La sélection d’une lentille adaptée à votre application demande de faire un certain nombre de choix. Quelques-uns des nombreux éléments à
prendre en considération sont la forme de la lentille, le rapport de conjugaison, le rapport d’ouverture, la transmission, la déformation du front
d’onde, la diffusion, le traitement antireflet et le prix. Les tableaux suivants devraient vous aider à comparer les lentilles proposées par Newport.
Forme des lentilles
Il est important de choisir le bon type de lentille pour minimiser les aberrations. Généralement, lorsque l’objet ou l’image est à l’infini, c’est-à-
dire que la lumière est parallèle d’un côté ou de l’autre de la lentille, le choix se porte sur une lentille plan-convexe ou plan-concave ou un
achromat. Lorsque les distances sont finies et le rapport de conjugaison proche de 1:1, une lentille biconvexe ou biconcave est préférable. Et par-
fois, pour ce rapport de conjugaison proche de 1:1, deux lentilles travaillant à l’infini placées dos à dos donnent des résultats encore meilleurs.
Lentilles plan convexes identiques Plan
d'image
paraxial
Lentille biconvexe symmétrique Plan
d'image
paraxial
Achromats identiques Plan
d'image
paraxial
f/2
f/5
f/10
f/2
f/5
f/10
f/2
f/10 f/5
Lentilles convergentes
Rapport de conjugaison (objet/image) Plan-convexe Biconvexe Achromat Cylindrique plan-convexe
Infini Ø ∆
◊
Ø
10:1 Ø ∆
◊
Ø
5:1 Ø paire Ø
◊
paire ∆
1:1 Ø paire Ø
◊
paire ∆
∆Acceptable
Ø Bon
◊Excellent
∆Acceptable
Ø Bon
◊Excellent
∆Acceptable
Ø Bon
◊Excellent
Lentilles divergentes
Rapport de conjugaison (objet/image) Plan-concave Biconcave Cylindrique plan-concave
Infini
◊
∆
◊
10:1
◊
∆
◊
5:1 ∆
◊
∆
1:1 ∆
◊
∆
Il faut accorder de l’importance au rapport d’ouverture d’une lentille qui focalise un faisceau parallèle. Au-delà de f/10, la forme de la lentille n’a
pas beaucoup d’influence sur la taille de spot. Mais à f/2, c’est avec un achromat que le spot focal est le plus petit, et les lentilles d’une autre
forme ne sont pas limitée par la diffraction.
f/2
f/5 f/10
f/2
f/5 f/10
Plan
d'image
paraxial
Plan
d'image
paraxial
Lentille plan convexe Achromat
Lentilles convergentes
f/D Plan-convexe Biconvexe Achromat Cylindrique plan-convexe
f/10
◊◊◊ ◊
f/5 Ø ∆
◊
Ø
f/2 ∆∆
◊
∆

Un achromat est constitué d'une lentille convergente en verre Crown d'indice faible et d'une lentille en verre Flint d'indice élevé. Ces deux élé-
ments sont choisis de manière à annuler les aberrations chromatiques pour deux longueurs d'ondes bien distinctes, habituellement dans le bleu
et le rouge du spectre visible. La distance focale est constante à ces deux longueurs d’onde, et les variations de distance focale sont pratique-
ment éliminées pour toutes les longueurs d’onde visibles. Tous nos achromats sont traités avec un antireflet monocouche large bande MgF2ou
avec notre traitement multicouche AR.14 pour une meilleure transmission large bande du visible. Ces lentilles sont conçues par ordinateur pour
réellement minimiser les aberrations sphérique et la coma lorsque le rapport de conjugaison est infini. L’absence d’aberration sphérique et de
coma signifie que les achromats sont meilleurs que les lentilles simples pour les applications monochromatiques à n’importe quelle longueur
d’onde visible. Par conséquent les résultats loin de l’axe sont bien meilleurs que ceux des lentilles simples, la distance focale est constante et
indépendante de l’ouverture.
Matériaux
Pour les applications dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 µm environ, le BK7 offre un excellent rapport qualité/prix. Pour l’ultraviolet à partir
de 195 nm, la silice UV est un bon choix. La transmission de la silice UV est également très bonne dans le visible et l’infrarouge jusqu’à 2,1 µm
environ, et elle présente une meilleure homogénéité et un coefficient de dilatation plus faible que le BK7. Enfin, le CaF2 et le MgF2 sont d’excel-
lents choix pour les applications en UV profond et en infrarouge.
Matériau Domaine de transmission Prix Caractéristiques
BK7 380 à 2100 nm Bas Grande transmission pour les applications allant du visible à l’infrarouge proche; verre optique le plus courant
Silice UV 185 à 2100 nm Modéré Excellente homogénéité et faible coefficient de dilatation, résistance élevée au dommage laser
CaF2170 à 8000 nm Élevé Grande transmission pour les applications allant de l’UV lointain à l’infrarouge
MgF2150 à 6500 nm Élevé Matériau biréfringent qui donne d’excellents résultats de l’UV lointain à l’infrarouge
Note: Newport peut fournir des optiques en CaF2et MgF2pour des applications clients sur mesures, uniquement.
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Les lentilles plan-convexes sont surtout utilisées pour focaliser les rayons lumineux parallèles en un point, ou en une ligne dans le cas des len-
tilles cylindriques. L’asymétrie de ces lentilles minimise les aberrations sphériques dans les situations où l’objet et l’image ne sont pas à la
même distance de la lentille. Le cas le plus favorable est celui où l’objet est à l’infini (les rayons incidents sont parallèles) et l’image est le point
focal. Ce rapport de conjugaison (distance objet/distance image) infini est optimal, mais les lentilles plan-convexes minimisent aussi les aberra-
tions sphériques lorsqu’il est fini, s’il reste supérieur à environ 5. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut placer la surface incurvée du côté de
la distance infinie ou de la distance la plus grande.
Les lentilles biconvexes ont une fonction similaire aux lentilles plan-convexes puisqu’elles ont une distance focale positive et qu’elles focalisent
les rayons lumineux parallèles en un point. Leurs deux surfaces sont sphériques et ont le même rayon de courbure, ce qui minimise les aberra-
tions sphériques dans les situations où l’objet et l’image sont à égale distance (ou presque) de la lentille. Lorsque la distance objet et la distance
image sont égales (le grandissement est égal à 1), non seulement l’aberration sphérique est minimale, mais la coma et la distorsion sont toutes
deux supprimées. Suivant une règle approximative, les lentilles biconvexes présentent le moins d’aberration pour des rapports de conjugaison
entre 5 et 1/5. En dehors de cette plage de grandissements, les lentilles plan-convexes sont habituellement plus adaptées.
Les lentilles plan-concaves et biconcaves dévient les rayons incidents parallèles et les font diverger à la sortie de la lentille. Elles présentent
donc une distance focale négative. Les rayons lumineux ne se croisent pas pour former une image, ils semblent diverger à partir d’une image vir-
tuelle située du côté objet de la lentille. Lorsque la valeur absolue du rapport de conjugaison est supérieure à 5 ou inférieure à 1:5, les lentilles
plan-concaves présentent pratiquement la forme optimale pour réduire l’aberration sphérique, la coma et la distorsion. Comme pour les lentilles
plan-convexes, il faut placer la surface incurvée du côté de la distance infinie ou de la distance la plus grande (sauf dans le cas des lasers haute
énergie, où il est préférable d’inverser la lentille pour éviter l’apparition d’un foyer virtuel). Lorsque le rapport de conjugaison est proche de 1:1
en valeur absolue, les lentilles biconcaves sont habituellement plus adaptées.

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Surfaces optiques
C’est l’application qui dicte les spécifications en termes de précision et de qualité de surface. Lorsqu’il est important de conserver le front
d’onde, il faut choisir une précision de λ/4 à λ/8; lorsque le front d’onde est moins important que le prix, on peut utiliser une précision de λ/2. En
ce qui concerne la qualité de surface, plus le défaut d’aspect est faible, moins il y aura de diffusion. Pour les applications laser et d’imagerie à
exigences élevées, les défauts d’aspect allant de 20–10 à 40–20 sont préférables. Pour celles où une faible diffusion est moins importante que le
prix, on peut accepter un défaut d’aspect de 60–40.
Précision de surface
Planéité Prix Applications
λ/2 Bas A utiliser lorsque la déformation du front d’onde est moins importante que le prix
λ/4 Modéré Excellent pour la plupart des applications laser et d’imagerie générales demandant un compromis entre la qualité du
front d’onde et le prix
λ/8 Élevé Pour les applications laser et d’imagerie demandant une faible déformation du front d’onde, en particulier dans les
systèmes à plusieurs éléments
(1) Sauf indication particulière, Newport indique les défauts de rayures et piqûres, par face.
Qualité de surface
Défaut d’aspect (1) Prix Applications
60–40 Bas Pour les applications laser et d’imagerie de faible puissance lorsque la diffusion est moins importante que le prix
40–20 Modéré Excellent pour les applications laser et d’imagerie à faisceaux focalisés pouvant tolérer une petite diffusion
20–10 Élevé Pour les applications laser et d’imagerie à exigences élevées où il est important de minimiser la diffusion de la lumière
Traitements antireflet
Nous proposons une gamme étendue de traitements antireflet couvrant les domaines de l’ultraviolet, du visible, de l’infrarouge proche et de l’in-
frarouge. Les traitements multicouches large bande procurent d’excellent résultats sur un large domaine de longueurs d’onde.
Le MgF2monocouche large bande, qui est le traitement déposé en standard sur tous les achromats et en option sur nos lentilles VALUMAX®,
procure de très bons résultats sur un domaine de longueurs d’onde extrêmement large pour un prix raisonnable. Enfin, les traitements multi-
couches type V pour raie laser présentent la réflexion la plus faible pour une transmission maximale.
MgF2
400 450 500 550 600 650 700
0°
3,0
2,0
1,0
0
Réflectivité (%)
Longueur d'onde (nm)
Typique
Traitement Domaine de longueurs d'onde (nm) Réflectance Prix Caractéristiques
Large bande
AR.10: multicouche UV 245 à 440 Rmoyen <0,5 % Modéré Disponible uniquement sur les lentilles en silice UV
MgF2: monocouche pour le visible 400 à 700 Rmoyen <1,5 % Bas Disponible uniquement sur les achromats et les lentilles VALUMAX®
AR.14: multicouche pour le visible 430 à 700 Rmoyen <0,5 % Modéré Meilleur choix pour les applications large bande dans le visible
AR.16: multicouche pour l'IR proche 650 à 1000 Rmoyen <0,5 % Modéré Excellent pour les applications avec diode laser en IR proche
AR.18: multicouche pour l'IR 1000 à 1550 Rmoyen <0,5 % Modéré Idéal pour les applications de télécommunication avec diode laser
Raie laser
AR.25: multicouche type V 488 à 514,5 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde
AR.27: multicouche type V 532 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde
AR.28: multicouche type V 632,8 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde
AR.29: multicouche type V 694 Rmaxi <0,25 % Élevé La meilleure transmission pour cette longueur d’onde
AR.33: multicouche type V 1064 Rmaxi <0,25 % Modéré La meilleure transmission pour cette longueur d’onde