轴向梯度折射率(AGRIN)透镜技术向光学设计人员提供了一种简化光学系统设计、扩大系统性能的新方法。AGRIN透镜通过精确和反复校正透镜材料的球面象差，可获得比非球面透镜及双片透镜更好的光学性能。这类透镜特别适用于激光系统，可获得更好的近衍射极限的聚焦性能，耐受更高的光功率，并且不需要其他校正象差的光学元件。这意味着光学系统的尺寸、重量、复杂性和成本均得到改善。
1.AGRIN透镜与GRIN透镜的差异
用于波导祸合的径向梯度折射率(AGRIN)透镜为透镜的折射率由中心向边缘变化，沿径向有一个梯度分布。这种折射率梯度使AGRIN透镜具有聚焦能力，因此梯度折射率的细微变化将在径向方向上影响一级象差特性，因此AGRIN透镜对加工误差很敏感。
与此相反，GRIN透镜沿光轴方向有一个梯度折射率分布，因此它对透镜的聚焦能力不起作用。加工透镜材料时，使受到弯曲的透镜表面的折射率变化准确地与球面象差的效果相反。实际上，AGRIN透镜除了利用其表面的斜率控制聚焦外(这点与通常的透镜一样)，还利用梯度折射率分布来校正球面象差。因此，一个球形表面透镜的作用就如同一个双面非球面透镜一样。
轴向梯度折射率透镜有二个重要的优点。首先，’透镜表面曲率仍然是决定透镜折射本领的主要因素，因此折射率梯度分布上的偏差对聚焦性能的影响远不如径向折射率梯度分布透镜那么灵敏。其次，从理论上讲，可以制造出任意大小或厚度的轴向梯度折射率材料，从而可制造出足够大的光学元件，应用于激光系统中。
2.AGRIN透镜的研制
长期以来校正球面象差采用非球面或双片光学透镜，但这二种方法均有明显缺点。非球面元件的设计要求经验丰富的人员或计算机控制成形加工.并将透镜表面抛光到正确的形状。透镜表面的检验也非常费时费事。不能使用常规的球形表面抛光技术。因此即使是最好的非球形表面，它的质量相对于球形表面加工来说仍然不高，散射较大。这种情况常用双片透镜组来取代，但是双胶合透镜应用在高功率激光束中常受到损坏，空气间隔的双片透镜组的加工装调导致成本增大.利用AGRIN透镜的概念来校正球面象差至少已有2D年历史，但一直未找到经济有效、重复性好的制造梯度折射率分布材料的方法。低温扩散工艺，如离子交换、溶剂一凝胶工艺及化学气相沉积工艺均曾试验过，但折射率梯度过小，而且对梯度折射率分布的控制程度差，折射率变化的范围不大，难于实现适于商业性生产大直径光学材料，因而这些方法均不实用。
近几年来，制造AGRIN材料的工艺已得到完善.一项已取得专利的用计算机软件设计和制备的技术可生产出人AGRIN透镜用的坯料。坯料的制备是用折射率逐片增加的薄玻璃片堆叠在一起加热熔融，使形成的坯料的折射率由底部向顶部逐渐变化，形成连续的梯度折射率分布。通过改变玻璃片厚度、光学特性，以及熔融扩散过程的工艺参数，可以精确控制坯料的梯度折射率特性及色散特性。目前已能稳定生产sin直径的坯料.一般坯料的轴向梯度折射率(△n)约为0.2，折射率梯度范围为0.005/tnxn至0.022/mm.人emN坯料制成后即可套芯切割并用常规光加工技术制成透镜.
新的AGRIN透镜制造技术能够满足商品化批量生产的严格性能指标要求，经过完整的设计、制造、检验过程的验证，证明这项技术的重复性极好。由12块梯度折射率坯样制成叮2.5透镜的抽样测量结果，其波象差均在0.05士O·01rms。
3.AGRIN透镜在激光系统中的应用
激光系统应用AGRIN透镜最具明显优点，它仅需单片即具有衍射极限的聚焦性能。微米级的聚焦光斑提高了波前质量，改善了对波导的藕合效率，提高了各种相干光学器件的光束能量密度。而且与常规透镜不同，在大的相对孔径下仍能保持聚焦性能。
例如，一个单片r/2.5的AGRIN透镜可将632.8nm波长入射光能量的82%聚焦在4拜m的光斑中，而一个用计算机优化设计的双胶合透镜仅能将25%的人射能量聚焦在同样大小的光斑内。这种微细聚焦的能力，使AGRIN透镜特别适合于光纤及波导的应用。AGRIN正透镜的聚焦性能优于单面非球面，主要是因其本身对高级象差的控制能力，因而在功能上等效于一个高质量的非球面元件。此外这种透镜能使彗差达到最小程度，选择其面形参数使三级彗差达到最小值，然后应用梯度折射率使球差最小。AGRIN透镜的激光损伤阔值也比双胶合透镜高出一个量级，特别适合于高功率激光器，如Nd:YAG激光系统。对比实验表明，对1.06拜m的10n，脉冲，它可安全地工作在20)/cmZ功率密度水平。
与非球面透镜系统相比，AGRIN透镜表面散射可做到很小，这对应用于高功率光束中的多元件系统非常重要。某些应用，如粒子计数、流动细胞计数器等对散射非常敏感。AGRIN透镜具有球形表面，可用常规光学加工方法进行高度抛光，并易于检验。因此其表面质量及精度远比手工磨制的非球面透镜、压模制造的玻璃及塑料非球面透镜为好。
4.减少光学系统元件的能力
由于单片ACRIN透镜具有校正球差的能力，因此它对减少任何光学系统元件数量具有潜在前景.较少的光学元件意味着更有效的光传输，降低界面损耗及散射。从而设计人员可使光学系统更小、更轻、更简单，例如用AGRIN透镜制成的扩束器，可使总长度降低25二50%。较少的光学元件有利于制造及装调成本。过去光学设计人员一直被限制在均质材料、元件外形及其间隔等因素之间进行折衷，以求达到预期的设计目标;现在AGRIN技术给设计人员增加了另一个自由度，在设计上开拓了新的更多的可能性。
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