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光學(xué)棱鏡種類匯總(二)

日期:2024-11-22 09:15
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摘要: 1 引言 在上篇中,我們對(duì)常用的光學(xué)棱鏡做了介紹,按照功能不同,棱鏡分為色散棱鏡和反射棱鏡兩大類,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同,棱鏡的結(jié)構(gòu)形式多種多樣,包括直角棱鏡、菱形棱鏡、保羅棱鏡、施密特棱鏡等,在本篇中,我們繼續(xù)對(duì)單體棱鏡的種類展開介紹,以豐富大家對(duì)棱鏡產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)和了解。 2 常見的光學(xué)棱鏡匯總 2.1 寶恩芬德棱鏡(Bauernfeind prism) 在這類棱鏡中,光束垂直于一個(gè)面入射,在棱鏡內(nèi)部被反射兩次后,從另一個(gè)面垂直出射,分為正向使用和反向使用兩種情況,在正向使用時(shí),光束從斜面入射...

1 引言

在上篇中,我們對(duì)常用的光學(xué)棱鏡做了介紹,按照功能不同,棱鏡分為色散棱鏡和反射棱鏡兩大類,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同,棱鏡的結(jié)構(gòu)形式多種多樣,包括直角棱鏡、菱形棱鏡、保羅棱鏡、施密特棱鏡等,在本篇中,我們繼續(xù)對(duì)單體棱鏡的種類展開介紹,以豐富大家對(duì)棱鏡產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)和了解。

2 常見的光學(xué)棱鏡匯總

2.1 寶恩芬德棱鏡(Bauernfeind prism)

在這類棱鏡中,光束垂直于一個(gè)面入射,在棱鏡內(nèi)部被反射兩次后,從另一個(gè)面垂直出射,分為正向使用和反向使用兩種情況,在正向使用時(shí),光束從斜面入射,從短面出射,在反向使用時(shí),則從短面入射,從斜面出射,如下圖所示:

此類棱鏡的特點(diǎn)是,出射光線與入射光束的夾角δ與棱鏡的底部角度α相等,并且棱鏡的另一個(gè)底角β等于α的一半。利用這類棱鏡,可以實(shí)現(xiàn)入射光束的30°、45°或者60°的角度折轉(zhuǎn)。由于在棱鏡內(nèi)部存在兩次反射,因此需要關(guān)注光束的能量損失,必要時(shí)需要在反射面處鍍上反射膜。

2.2 90度寶恩芬德棱鏡(90°-Bauernfeind prism)

當(dāng)光束從短面入射,并且入射角和棱鏡的底角都是45度的時(shí)候,出射光線將沿垂直于入射光線的方向發(fā)出,此時(shí),出射光束與出射表面是不垂直的,光路如下圖所示:

這類棱鏡的特點(diǎn)是,只要光束在內(nèi)部經(jīng)歷2次反射,那么即便是入射角有一定的改變,出射光束仍然保持與入射光束垂直。值得注意的是,由于入射光束和出射光束相對(duì)于入射面和出射面都是不垂直的,所以在使用此種棱鏡時(shí)會(huì)引入一定的像差和色散。

2.3 道威棱鏡(Dove prism)

道威棱鏡的橫截面是一個(gè)梯形,光束從梯形一側(cè)的斜面入射,在棱鏡內(nèi)部反射一次后,從另一個(gè)斜面出射,光路如下圖所示:

從上圖可以看出,正置的像經(jīng)過道威棱鏡后,被顛倒了180度,因此,道威棱鏡通常作為像旋轉(zhuǎn)器來使用。由于入射角度與入射面是不垂直的,所以當(dāng)把道威棱鏡沿反射面展開時(shí),它相當(dāng)于一個(gè)傾斜的平行平板,光束在棱鏡內(nèi)部會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象,不同顏色的光束會(huì)在出射端平行出射。

2.4 沃拉斯頓棱鏡(Wollaston prism)

在沃拉斯頓棱鏡中,光束垂直于入射表面入射后,被反射兩次,并垂直于出射表面發(fā)出,出射光束相對(duì)于入射光束的折轉(zhuǎn)角為90度,如下方左圖所示,

與五角棱鏡的區(qū)別是,光束在沃拉斯頓棱鏡內(nèi)部滿足全反射的條件,可以實(shí)現(xiàn)全反射,因此棱鏡表面不需要額外鍍膜。實(shí)際中,也可以將兩個(gè)阿米西棱鏡膠合起來,組合成一個(gè)沃拉斯頓棱鏡來使用,如上方右圖所示,阿米西棱鏡的底角為67.5度。除了上述的兩次反射外,當(dāng)把光束的入射高度升高時(shí),光束可以在沃拉斯頓棱鏡內(nèi)部實(shí)現(xiàn)四次反射,并垂直于出射表面發(fā)出,此時(shí)的光束折轉(zhuǎn)角度也為90度,光路如下圖所示:

2.5 斯普倫格-萊曼棱鏡(Sprenger–Leman prism)

這種棱鏡是以它的發(fā)明人命名的,光束垂直于表面入射后,在棱鏡內(nèi)部反射三次,并沿著原方向出射,出射方向垂直于出射表面,相對(duì)于入射光束有一個(gè)縱向的平移,光路如下圖所示:

上圖中,棱鏡入射光處的銳角是30度,在這種情況下,光束的平移距離v是光束口徑D的2倍。

2.6 和優(yōu)特棱鏡(Huet prism)

和優(yōu)特棱鏡中,光束依然是垂直于入射表面進(jìn)入、垂直于出射表面發(fā)出的,并且出射光束與入射光束同方向,光束在棱鏡內(nèi)部經(jīng)歷了5次反射,所以可以實(shí)現(xiàn)較大的光束平移量,棱鏡光路如下圖所示:

2.7 角錐棱鏡(Corner cube prism)

角錐棱鏡也稱為回射器(Retroreflector),是由三個(gè)互成90度的直角面組成的棱鏡,相當(dāng)于是從一個(gè)正方體上切下來一個(gè)角,它可以使入射來的光束,經(jīng)過內(nèi)部三次反射后,再沿與入射方向相反的方向出射出去,即可以使光束折轉(zhuǎn)180度。光束在棱鏡內(nèi)部的反射是全反射,因此沒有能量損失。角錐棱鏡的實(shí)物圖如下圖所示,它常用在激光測(cè)長、投影等領(lǐng)域。

2.8 恒偏向棱鏡(Constant deviation prism)

通過選擇合適的光束入射方向,一個(gè)常規(guī)的三面棱鏡可以提供恒定的光束偏向角度,下面是恒偏向棱鏡的一個(gè)例子:

上圖的棱鏡中,長邊與兩個(gè)短邊的角度分別為α-β和α+β,當(dāng)光束從α-β一側(cè)的短邊入射時(shí),出射光束相對(duì)于入射光束的偏離角δ是與入射光束的入射角無關(guān)的,恒定為180°-2α,當(dāng)然,此時(shí)的入射光和出射光都不是垂直入射或出射的。這類的棱鏡有阿貝棱鏡、貝林-布洛卡棱鏡等。

2.9 利特羅棱鏡(Littrow prism)

作為上面提到的恒偏向棱鏡的一個(gè)特例,利特羅棱鏡可以將入射的光束原路返回,具備自準(zhǔn)直的特性,光路如下圖所示:


2.10楔形棱鏡(Wedge prism)

楔形棱鏡是具有特定楔角的棱鏡元件,一端*厚,一端*薄,如下圖所示

 

利用楔形棱鏡,可以使透射光束產(chǎn)生方向的偏折。楔形棱鏡另一常見的應(yīng)用是光束分離,當(dāng)一束光通過楔形棱鏡時(shí),它被分成兩束,一束反射,一束透射。光束分離的角度可以通過調(diào)節(jié)棱鏡的角度或改變用來制造棱鏡的材料的折射率來控制,這使得楔形棱鏡廣泛應(yīng)用于激光系統(tǒng)中。

3 結(jié)語

本文中,在上一篇的基礎(chǔ)上,我們對(duì)另外10種光學(xué)棱鏡的結(jié)構(gòu)做了匯總和介紹,包括Bauernfeind棱鏡,道威棱鏡、角錐棱鏡等。值得注意的是,以上介紹的都是單體的棱鏡,在下一篇中,將會(huì)介紹由兩塊或多塊棱鏡組合而成的集成棱鏡,它們也會(huì)在光學(xué)系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用,敬請(qǐng)大家期待。

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