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一張圖看懂光學棱鏡的工作原理
來源： 閱讀：2109 發(fā)布時間：2022-11-10 11:55:38
一張圖看懂光學棱鏡的工作原理
我們都知道棱鏡主要是一種由：兩兩相交但彼此均不平行的平面圍成的透明物體，用以分光或使光束發(fā)生色散；棱鏡不僅可以使光線偏移，還可以用來調(diào)整圖像方向。
那么棱鏡加工分為多少種材料呢？其實棱鏡的加工材料有很多種光學玻璃，石英，氟化鈣，硒化鋅，鍺。
常用的光學棱鏡：分為直角棱鏡，立方棱鏡，五角棱鏡，多夫（道威）棱鏡，屋脊棱鏡，楔角棱鏡，斜方棱鏡，保羅棱鏡，角錐棱鏡，半五角棱鏡。
現(xiàn)代生活中，棱鏡被廣泛應用于數(shù)碼設(shè)備、科學技術(shù)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。常用數(shù)碼設(shè)備：照相機、閉路電視、投影機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝錄機、CCD鏡頭以及各類光學設(shè)備；科學技術(shù)：望遠鏡、顯微鏡、水準儀、指紋儀、槍械瞄準鏡、太陽能轉(zhuǎn)換器及各類測量儀器；醫(yī)療儀器：膀胱鏡、胃鏡及各類激光治療設(shè)備。
直角棱鏡通常用來折轉(zhuǎn)光路或使光學系統(tǒng)所成的像偏轉(zhuǎn)，選擇不同入射面可以使光路偏轉(zhuǎn)90°或180°，此時成像顛倒情況也不同。直角棱鏡也可用于合像、光束偏移等應用。
當光從棱鏡直角面入射時，光線會在棱鏡斜面上發(fā)生全內(nèi)反射，并從另一個直角面出射，光束實現(xiàn)90°反射。>> 當光從棱鏡的斜面入射時，光會在直角面發(fā)生兩次全反射，最后以平行于入射光束的方向從斜面出射，光路實現(xiàn)180°反射，另外此時產(chǎn)生的180°偏轉(zhuǎn)與光入射角度無關(guān)。與普通的反射鏡相比，直角棱鏡有以下優(yōu)點：直角棱鏡本身有較大的接觸面積，且有45°、90°等典型角度，易于調(diào)整。對于機械應力具有更好的穩(wěn)定性。折轉(zhuǎn)光線的原理是全反射，與反射鏡的干涉原理不同，對鍍膜依賴相對較低。
高精度的直角棱鏡，參數(shù)如下：
材料及工作波長：N-BK7（350 nm-2.0 μm）、UVFS（200 nm-2.1 μm）。
如果是應用于可見光和近紅外應用領(lǐng)域，可選擇N-BK7材質(zhì)的直角棱鏡；如果是應用于紫外波段透過率或者需要更低的熱膨脹系數(shù)，可選擇UVFS直角棱鏡
尺寸：3.0-25.4 mm。
通光孔徑：70%邊長。
表面光潔度（劃痕/麻點）：40/20。
表面平整度（@633 nm）：10/λ。
角度公差：<3arcmin。
直角棱鏡可安裝于棱鏡安裝架，能實現(xiàn)±4°的俯仰、傾斜調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度為0.4°/轉(zhuǎn)。LBTEK目前有兩種棱鏡安裝架可選。
鍺窗口片：工作波長2.0 μm-16.0 μm 適合用于紅外激光應用。在可見光波段的不透光特性使得該材料還能作為長波通濾光片，大于2.0 μm波長透過。鍺的光譜透過率對溫度非常敏感，環(huán)境溫度100°C時材料吸收度變得很大以至于幾乎不透光，在環(huán)境溫度200 °C時完全不透光 注意：鍺材料含有有害物質(zhì)，操作時務必佩戴過手套，濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡及穿防滲透工作服，操作結(jié)束后洗手。
氟化鈣窗口片：工作波長200 nm-8.0 μm 整個波段范圍內(nèi)內(nèi)均具有很高的透射率。氟化鈣本身的低吸收和高損傷閾值特性，使得這些該材質(zhì)窗口片適用于自由空間激光相關(guān)應用中。氟化鈣還具有低色散(阿貝數(shù)95)和低熒光特性，并且具有很好的防水、耐化學品和耐熱性等。但是在高溫環(huán)境下使用時，如果溫度超過600 °C則會發(fā)生降解。氟化鈣在濕度大的環(huán)境中容易潮解，環(huán)境溫度過高會加速潮解。注意：建議每次使用完該產(chǎn)品，擦拭干凈放置于干燥柜中保存（濕度25%，溫度20C°）。氟化鈣有少許刺激性，建議操作人員佩戴防塵口罩，橡膠手套避免用手直接接觸產(chǎn)品，且工作完畢后洗手。避免與酸類物品接觸和存儲。
硒化鋅窗口片：工作波長600 nm-20.0 m 無吸濕性，且硒化鋅材質(zhì)具有各向同性特點，無雙折射現(xiàn)象。整個波段范圍內(nèi)內(nèi)均具有較高的透射率。硒化鋅本身的低吸收使得該材質(zhì)窗口片適用于氦氖激光器（HeNe）633 nm及高功率二氧化碳激光器10.6 μm應用。注意：硒化鋅是一種有害物質(zhì)，具刺激性。皮膚經(jīng)常直接接觸可引起皮炎。遇酸易分解散發(fā)出有害的硒化氫氣體。對人體眼睛、呼吸道粘膜有刺激作用。操作時務必佩戴過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡及穿防滲透工作服。
藍寶石窗口片：工作波長200 nm-4.5 μm 藍寶石窗口片透過率的范圍涵蓋了紫外波段至中紅外波段，并且整個波長范圍內(nèi)均具有很高的透過率。藍寶石具有很高的表面硬度，只能被少數(shù)幾種物質(zhì)劃傷。藍寶石具有很好的化學穩(wěn)定性，即使在溫度高達1000°C時也不溶于水、常見的酸和堿。z軸切面，有效的消除了透射光的雙折射效應。
硅窗口片，工作波長1.2 μm-8.0 μm 硅材料具有高的熱傳導率和低的密度，其在9 μm波長處有較強的吸收，不適合用于二氧化碳激光透射應用。
 紫外熔融石英窗口片：工作波長190 nm-2.1μm 紫外熔融石英非常適用于需要在深紫外波段比N-BK7透射率更高的應用，具有更低折射率、更好的均勻性和更低熱膨脹系數(shù)?？慑儾煌脑鐾改?。
 N-BK7窗口片：工作波長350 nm-2.0 μm 通常在紫外熔融石英的優(yōu)點為非必須的情況下選擇N-BK7窗口片?？慑儾煌脑鐾改?。其他參數(shù)（依據(jù)加工難度的不同或有些許差異）：直徑：12.7 mm、25.4 mm。厚度：3 mm、5 mm。表面光潔度：40/20（劃痕/麻點）。表面平整度（@633 nm）：λ/8 ~ λ。表面平行度：5arcsec ~ 3 arcmin。
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