定義:
可以折射或反射光的透明光學(xué)裝置。
光學(xué)棱鏡是一種透明裝置,光可以在其中傳播,通常由玻璃制作而成。由于端面不是相互平行的,因此會發(fā)生折射(光束方向發(fā)生改變),并且由于材料的色散,折射通常與波長有關(guān)。
但是,有時需要用到全反射,有時出射光束方向與波長無關(guān)。
棱鏡表面的反射光是需要消除的。當(dāng)光為P偏振時,入射角為布儒斯特角的情況下就能抑制反射光。有時也會采用抗反射涂層來消除反射光。
光學(xué)很多方面都需要用到棱鏡;下面會給出一些例子。
目錄
色散棱鏡
后向反射棱鏡
失真棱鏡
復(fù)合棱鏡
棱鏡偏振器
色散棱鏡
激光光束在棱鏡中傳播時,棱鏡兩端面并不是平行的,因此光束會發(fā)生偏斜,偏斜角與折射率有關(guān)。由于材料的色散,偏斜角還與波長有關(guān)。這就是色散棱鏡,用途如下:
圖1:棱鏡對在空間上分離不同波長成份,同時引入與波長有關(guān)的相位變化和色散。
可以將光束中波長差別較大的成分分離開。例如,可以將倍頻光束從基本光中分離出來。還可以將其用到光譜儀中,但是波長分辨率較低,因為角度色散比較小。
類似的,還可以將兩個不同波長的光進(jìn)行合束(參閱頻譜組束技術(shù))。(如果兩波長相近,采用衍射光柵更合適,因為光柵的角度色散分辨率更高。)
激光器腔內(nèi)的透鏡可用于波長調(diào)諧。
色散棱鏡對不僅產(chǎn)生棱鏡材料的色散,整個裝置的路程也與波長有關(guān)(如圖1)。
這種方法可用在鎖模激光器中用于色散補償。即使棱鏡色散為正常色散,也可以得到反常色散。
一般光路采用對稱結(jié)構(gòu),即入射和出射光束與對應(yīng)的表面之間的夾角是相通的。如果可以合適選取棱鏡角度,那么可以在兩個表面都能得到布儒斯特角。
通常不希望改變光束尺寸。對稱結(jié)構(gòu)中很容易排列棱鏡,這時的偏轉(zhuǎn)角是最小的。
例如,采用高色散的燧石玻璃SF10制作棱鏡,棱鏡做成等邊三角形非常適合,因為這時入射角和出射角近似為對稱結(jié)構(gòu),角度接近于布儒斯特角,約為60°。
后向反射棱鏡
圖2:后向反射棱鏡。即使棱鏡有一點傾斜,反射光的方向也沒有變化。
直角棱鏡可用做后向反射鏡,它利用了兩個位置的全反射(圖2)。如果兩反射表面的夾角為90°,得到的反射光束平行于入射光束,即使棱鏡有點傾斜也是如此。只是光束偏移量會發(fā)生改變。
如果鏡子是傾斜的,那么光束方向改變的角度是傾斜角的兩倍。后向反射棱鏡很容易排列,因為其具體的指向關(guān)系不大。
在這種結(jié)構(gòu)中,入射/出射界面處的折射與波長有關(guān)不會產(chǎn)生影響,因為光束近乎垂直于表面。
失真棱鏡
圖3:失真棱鏡。出射光束比入射光束窄很多。
失真棱鏡可改變一個方向上的光束尺寸。這時入射光與出射光與相應(yīng)表面之間的夾角差別很大,例如,圖3中入射光束是垂直于表面的。
這時光束尺寸只在一個方向上發(fā)生改變,這是由結(jié)構(gòu)引起的,而不是由于聚焦等機制。
由于至少一個光束遠(yuǎn)離布儒斯特角,常常需要采用抗反射涂層來消除反射。
如果不需要光束方向發(fā)生變化,可以采用一對棱鏡,這樣能得到只存在水平偏移的光束。
失真棱鏡典型的應(yīng)用是使激光二極管的輸出光束對稱。通常采用失真棱鏡對來保持光束方向不發(fā)生改變。
復(fù)合棱鏡
復(fù)合棱鏡是將兩個或更多不同材料的棱鏡組合在一起得到的。例如,雙棱鏡是內(nèi)表面的折射引起總的偏移角度為0,但是光束偏移量與波長相關(guān)。這可以用于低分辨率的光譜儀中。
棱鏡偏振器
偏振器通常由棱鏡得到,例如,Glan-Taylor棱鏡和Wollaston棱鏡。參閱偏振器得到更多細(xì)節(jié)。
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