La lentille de Barlow est un doublet négatif achromatique (ou mieux un triplet apochromatique) placé entre l'objectif et l'oculaire d'une lunette astronomique pour augmenter sa distance focale. Dans les dispositifs commerciaux, la lentille de Barlow permet de doubler ou tripler la distance focale de l'objectif. Ce dispositif est aussi utilisé en photographie. C'est alors un système divergent placé entre l'objectif et le plan du film pour accroître la distance focale de l'objectif. On parle alors de "doubleur" de focale.
Lentille de Barlow d'une lunette astronomique :
L'objectif et la lentille sont représentés par des lentilles minces. L'objectif de distance focale f = O₁F'_o donne d'un objet à l'infini une image A située dans son plan focal image.
La lentille de Barlow de distance focale négative f_b = − O₂F_b donne de A une image B telle que : − 1 / O₂F'_o + 1 / O₂F_e = 1 / f_b .
Si l'on veut doubler la distance focale apparente, il faut que O₂F_e soit égal à 2O₂F'_o soit O₂F_e = − f_b et O₂F'_o = − f_b / 2.
Montrer que si l'on veut multiplier la distance focale par un facteur G alors G = O₂F_e / O₂F'_o.
Pour rester dans les conditions de Gauss, il faut avoir G < 3.
L'objectif de focale f équipé de sa lentille de Barlow est équivalent à un objectif de distance focale f.G.
En photographie, comme la position finale de l'image doit être le plan du film, la position du système doubleur est imposé : on ne peut pas modifier G.
Avantages :
Le système est beaucoup plus compact. Une lunette de focale 100 cm équipée d'une lentille de − 8 cm et de focale résultante 200 cm mesure 104 cm de long au lieu de 200 cm.
Coûts raisonnables.
Inconvénients :
Le flux lumineux incident qui éclairait une surface S éclaire maintenant une surface 4S. L'image finale est plus grande mais moins lumineuse.
Pour un doubleur en photographie, on perd deux diaphragmes d'ouverture.

Utilisation :
Avec la souris, glisser verticalement le point coloré en jaune pour modifier l'angle sous lequel est vu l'objet.
Glisser horizontalement le point coloré en cyan pour modifier la position de la lentille de Barlow.
La liste de choix permet de modifier la valeur de la distance focale de la lentille de Barlow.
Pour obtenir des schémas lisibles, on donne ici à f_b des valeurs importantes.
Pour une lunette astronomique d'amateur la distance focale des lentilles de Barlow est de l'ordre de − 8 cm.