手机闪光灯上为什么会有一圈一圈的圆环？

仔细观察手机背面的闪光灯，你会发现，闪光灯上有一圈一圈的圆环，这些圆环有什么用处吗？

现在手机闪光灯的光源多采用发光二极管或氙气闪光灯，发出的光大多是发散的，而闪光灯需要把光汇聚在一定区域内。

通常的做法是在光源外面加一个凸透镜，使光线汇聚。光线在穿过不同折射率介质的分界面时会发生偏折，偏折角度遵从折射定律。透镜就是利用光线在界面处会产生偏折而工作的。

由于手机很薄，使用的凸透镜的焦距较短，它的凸面的曲率就很大，这样，凸透镜就会比较厚，突出在手机平面之外。使用菲涅尔透镜可以解决这个问题。

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔（Augustin Fresnel）等人提出的。菲涅尔在1822年最早使用这种透镜设计建造了一个玻璃的灯塔透镜系统。

灯塔中的菲涅尔透镜系统

菲涅尔镜片表面，一面为平面，另一面刻有由小到大的一个个同心圆环，它的纹理是利用光的干涉及衍射原理根据使用要求而设计的。

简单地讲，透镜使光线偏折的作用只发生在其表面，在透镜内部，光线是直线传播的，对偏折没有作用。因此，可以将凸透镜表面划为一系列由同心圆环组成的区域，每个圆环下面对应一个高度不同的圆环柱，去掉圆环柱中间较厚的部分，使每个圆环柱的高度接近。这样，透镜就变成了一个带有环形凹槽的平板，每一个圆环的曲率和倾角均使通过它的光线汇聚到共同的焦点上，这样就形成了菲涅尔透镜。

原则上去掉普通凸透镜中的蓝色部分，就成了菲涅尔透镜。

现在的菲涅尔透镜多是用聚烯烃材料注压而成，与凸透镜相比，使用材料少，可以做成很大面积的透镜，具有加工容易，材料成本低的优点。而且，由于厚度比凸透镜薄，减少了材料对透射光的吸收，透光率很高。在可见光和红外线波段，常被用作汇聚和成像原件。

在手机的闪光灯前安装一片菲涅尔透镜，既经济又平整，不仅起到汇聚光线的作用，还有良好的透光性。

本文来自《科学世界》2015年第9期。

转自：“国家纳米科学中心”微信公众号

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