光學棱鏡種類匯總（二）

1 引言

在上篇中，我們對常用的光學棱鏡做了介紹，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)應用場合的不同，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)對單體棱鏡的種類展開介紹，以豐富大家對棱鏡產(chǎn)品的認識和了解。

2 常見的光學棱鏡匯總

2.1 寶恩芬德棱鏡（Bauernfeind prism）

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

此類棱鏡的特點是，出射光線與入射光束的夾角δ與棱鏡的底部角度α相等，并且棱鏡的另一個底角β等于α的一半。利用這類棱鏡，可以實現(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）

當光束從短面入射，并且入射角和棱鏡的底角都是45度的時候，出射光線將沿垂直于入射光線的方向發(fā)出，此時，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于入射面和出射面都是不垂直的，所以在使用此種棱鏡時會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，所以當把道威棱鏡沿反射面展開時，它相當于一個傾斜的平行平板，光束在棱鏡內(nèi)部會發(fā)生色散現(xiàn)象，不同顏色的光束會在出射端平行出射。

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，可以實現(xiàn)全反射，因此棱鏡表面不需要額外鍍膜。實際中，也可以將兩個阿米西棱鏡膠合起來，組合成一個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，當把光束的入射高度升高時，光束可以在沃拉斯頓棱鏡內(nèi)部實現(xiàn)四次反射，并垂直于出射表面發(fā)出，此時的光束折轉(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，相對于入射光束有一個縱向的平移，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），是由三個互成90度的直角面組成的棱鏡，相當于是從一個正方體上切下來一個角，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。角錐棱鏡的實物圖如下圖所示，它常用在激光測長、投影等領域。

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例子：

上圖的棱鏡中，長邊與兩個短邊的角度分別為α-β和α+β，當光束從α-β一側(cè)的短邊入射時，出射光束相對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，當然，此時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特例，利特羅棱鏡可以將入射的光束原路返回，具備自準直的特性，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用是光束分離，當一束光通過楔形棱鏡時，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用于激光系統(tǒng)中。

3 結(jié)語

本文中，在上一篇的基礎上，我們對另外10種光學棱鏡的結(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，將會介紹由兩塊或多塊棱鏡組合而成的集成棱鏡，它們也會在光學系統(tǒng)中有較多的應用，敬請大家期待。