大多数激光器发出的光束横截面为圆形或椭圆形。当这样的光束照射到平面上时，会形成一个小圆点。但在许多情况下，激光线更为有用。例如，在建筑、制造装配流程中，甚至在 CAT 扫描仪和其他医学成像系统中对患者进行定位时，投射激光线通常用作准直参考。它们还可用于在流式细胞术中进行光束整形。
激光线的一个重要商业应用是机器视觉系统。这些系统用于自动测量零件的形状和尺寸。这类机器视觉系统的基本元件如图 1 所示。
利用激光线的机器视觉系统的基本元件。当摄像头以与光束成一定角度观察时，工件高度的变化在摄像头的探测器上表现为激光线位置的移动。
激光器在工件上投射出一条线，而摄像头从一个角度观察这条投射线。然后利用几何公式计算出从摄像头视角看到的线位移，从而计算出物体的高度轮廓。
这种技术常用于检测在传送带上移动的工件。激光线保持静止，而工件穿过激光线。这样，激光线就可以扫描工件的整个长度。这样就可以测量零件的整个三维形状轮廓。
对于此类机器视觉系统，如果激光线在整个长度上具有均匀的强度，则会非常有用。这可以简化图像分析工作，并从中获取准确的量化数据。
不过，大多数激光器都能产生所谓的”高斯光束“，即光束中心的亮度远高于边缘。高斯光束有一个独特的特性，那就是当它们聚焦、扩大或使用传统光学技术以其他方式重新塑形时，仍能维持高斯强度曲线。实际上很难摆脱它的这一特性。
Powell 透镜
Powell 透镜（以其创始人 Ian Powell 博士的名字命名）是一种非常巧妙而有效的方法，可以将高斯光束转化为均匀强度激光线。Powell 透镜是一种非球面圆柱透镜。
Powell 透镜将圆形激光束在一个维度上呈扇形展开。这样，当光束击中平面时，就会形成一条线，而不是一个点。
Powell 透镜的形状经过专门设计，用于将激光从光束中心转向边缘。这样就消除了中心”热点“，并将高斯光束转化为强度均匀的光束，也称为”帽子“轮廓。
图中显示了 Powell 透镜的横截面形状，并将其工作原理与传统的柱面透镜进行了比较（后者也能产生一条线，但保持了高斯强度分布）。
Powell 透镜（左）与传统柱面透镜（右）之比较。两种光学器件都将圆形高斯激光束转换为发散光扇，在其投射的任何表面上形成一条线。Powell 透镜将光线从光束中心转移到边缘，以产生均匀强度的光束，而柱面透镜则保持光束的高斯分布，因此其光束在中心更亮。
除了 Powell 透镜，其他方法也可以将高斯光束转化为均匀线，包括衍射光学元件和微透镜阵列。但它们的光学效率都达不到 Powell 透镜的水平（这意味着最终会进入激光线的激光光束较少），也无法提供强度均匀的光束。
Powell 透镜的另一个有用特性是对输入波长相当不敏感。与衍射光学元件相比，这是一个很大的优势，因为衍射光学元件对波长非常敏感。
凭借这种特性，Powell 透镜可以与半导体激光器相结合，形成非常紧凑低成本激光线发生器。不同半导体激光器设备的波长通常会出现显著变化，而且其带宽和波长还会随温度变化。但 Powell 透镜对波长不敏感，因此可与半导体激光器配合使用，而无需进行波长选择或分选。
购买 Powell 透镜
在 Powell 透镜上制作柱形非球面非常困难，需要专业的设备和技术。因此，不同制造商生产的 Powell 透镜质量参差不齐。
通常情况下，用户指定其应用所需的输入光束直径、波长和”扇形角“。光学元件制造商根据这些要求选择或设计 Powell 透镜。
当然，实际零件会有公差，导致设备之间存在性能差异。对于大多数应用而言，最重要的性能标准是均匀性、”包含功率“和直线度。
但并非所有制造商都以同样的方式定义这些规格。因此，购买者必须了解如何解释所提供的信息。
首先，扇形角通常定义为功率下降到峰值 80% 的点。这与通常计算激光束大小的方法不同；高斯激光束直径的定义是功率为其峰值的 1/e² (13.5%) 的点。当然，Powell 透镜的优势在于它不会产生高斯光束。
屈光透镜扇形角通常是从强度降至峰值 80% 的点开始测量的。不同制造商对强度均匀性的规定各不相同。
但是，激光线的强度均匀性（由图纸中的公式给出）并不总是以相同的方式指定。最重要的是，许多制造商只将其强度均匀性应用于激光线中心的 80%（图中所示），而不是一直应用到边缘 (100%)。但排除光束边缘会产生不真实的实际性能图，因为这是不均匀性通常最明显的地方。
Coherent 采用更严格的 100% 标准作为均匀性规范。因此，Coherent Powell 镜头具有更高的测量精度、信噪比和设备间一致性。详细了解高性能 Coherent Powell 透镜以及它们为机器视觉、生命科学等带来的益处。
