棱鏡是由光（guāng）學材料組成的棱柱體，所有棱鏡的折射麵和反射麵統稱工作麵，兩工作麵的交線稱為棱，垂直棱的截麵稱為主截麵。棱鏡在光學中起著許（xǔ）多各不相同的作用，棱（léng）鏡的組合可（kě）以用作分束器、起偏器等，但大多數應（yīng）用中（zhōng），隻是（shì）用了（le）棱鏡的色散功能，或使像的方向、光束傳播方向發生改變的功能。色散功能（néng）使棱鏡（jìng）作為色散元件，如在（zài）分光計、攝譜儀、單色儀中的棱鏡就是起著色散作用。

在許（xǔ）多（duō）光學儀器中，往往利用棱鏡使光路折疊，以使係統縮小（xiǎo）體積，並且（qiě）這些棱鏡都沒有色散，如反演棱鏡，倒向棱鏡等。

鏡是實心的玻璃光學，經過磨砂和（hé）拋光成幾何與光學明顯的形（xíng）狀（zhuàng）。角度、位置和光學平晶數量有（yǒu）助於定義類型（xíng）和功能。將一束白光源分散（sàn）到其組件顏色。利用此應用的設（shè）備是折射（shè）儀和（hé）光譜元（yuán）件。由於這一初步發現，棱鏡已在係統中用於“折射”光纖，將係統“折疊”成一個較小的（de）空間，改變圖像（xiàng）的方向（也（yě）稱為（wéi）旋性或（huò）同位），以及合並（bìng）或分割光（guāng）束的部分反射麵。這些用途在利用（yòng）望遠鏡、放大鏡、測（cè）量儀器和許多其他應（yīng）用中非常普遍。

 

生產先進的LCD、DLP、LCOS顯示技術中光學引擎用光學棱鏡和DVD係（xì）列棱鏡（jìng）以及二向色板。棱鏡加工（gōng）能力：角度（dù）精度：5"； 麵精度：within1/10λ；　棱差：1"；　尺寸精度：±0.02mm

棱鏡是實心（xīn）的玻璃光（guāng）學，經過磨砂和拋光成幾何與光學明顯（xiǎn）的（de）形狀。角度、位置和光學平晶數量有助於定義類型和功能。將（jiāng）一束白光源（yuán）分散到其組件顏色（圖1）。利用此應用（yòng）的設（shè）備是折射儀和光譜元件。由於這一初步發現，棱鏡已在係（xì）統中用（yòng）於“折射”光纖，將係統“折疊”成一個（gè）較小的空（kōng）間，改變圖像的方向（也稱為旋性或同位），以及合並或分割光束的部分反射麵。這些用途在利用望遠鏡、放大鏡、測量儀（yí）器和許多其他（tā）應用中非常普遍。

 

圖1： 通過棱鏡實現色散

棱鏡的一（yī）個（gè）顯著（zhe）特點是能夠模仿作為一個平麵鏡係（xì）統（tǒng），來模擬棱鏡媒介中的（de）光反射（shè）。 更換反射鏡（jìng）組件可能是最有用的棱鏡應用，因為它們都（dōu）折射或折疊光線和改變圖像同位。 要實（shí）現類似（sì）單個棱鏡的效果（guǒ），通常需要使用多個反射鏡。因此，用一個棱鏡來代替幾個反射鏡可減少潛在的校準錯誤，提高準（zhǔn）確性和減少（shǎo）係統的規模和複雜（zá）性。

棱鏡製造

在鑽研棱鏡的（de）理論之前，先思考其製（zhì）造過程。為了能夠在大多數應用中成功使用，製造棱鏡時必須符合（hé）非常嚴（yán）格的公差和精度。由於形狀、大小和（hé）最重要反射麵（miàn）數量（liàng）的變異（yì），大規（guī）模的自動（dòng）化過程對於棱鏡（jìng）製造是完全不可行（háng）的（de）。此外，大多數高精度棱鏡往往（wǎng）傾向於少量製（zhì）造，意味著自動化過程是不必要（yào）的。

首先，取得一塊符合特定等級和玻璃類型的玻璃（稱為“玻璃毛坯”）。然後磨砂這塊玻璃，或通過一個金屬金剛石砂輪生成接（jiē）近完成的產品（pǐn）。大多（duō）數的玻璃都會從這個階段去除，形成平坦但仍然粗糙的表麵（圖2a）。此時，即將（jiāng）成為棱鏡的（de）尺寸已非常接近所需的（de）規格（gé）。接（jiē）著，是（shì）去除表（biǎo）麵的表麵下裂痕的細磨過程；這一階段稱為精磨。第一個階段遺留的刮痕將會（huì）在第（dì）二（èr）個階段中去除（圖2b）。精（jīng）磨處理之後，玻璃表麵應出現混濁和不（bú）透明。在首兩個階段中，棱鏡表麵必（bì）須潮（cháo）濕，以便加快玻璃移除和防止玻璃本身（shēn）過熱。

第三階段包括根據規格要求將棱鏡拋光到指定的精度（dù）。在這個階段（duàn）中，玻（bō）璃將（jiāng）摩擦用“研磨漿（jiāng）”濕潤的聚（jù）氨酯拋光器，此“研磨漿”是通常包含混合（hé）水與（yǔ）浮石（shí）或氧（yǎng）化鈰的光學拋光化合物（圖2c）。拋光階段（duàn）的確（què）切時間，非常依賴於要求的鏡麵規（guī）格。一旦完成（chéng）拋光，即可開始倒角。在這第（dì）四個階段中，棱鏡（jìng）的邊緣將經過一個旋轉的鑽石板，將上述步驟中（zhōng）形成的尖銳（ruì）邊緣稍微磨鈍（圖2d）。倒角之後，成品棱鏡將進行清理、檢查（通過手動和（hé）自動兩種（zhǒng）方式（shì）），以及在必（bì）要時進行減反(AR)和/或金屬反（fǎn）射鍍膜，以（yǐ）進（jìn）一步幫助提高整體透射率和（hé）/或反射率。雖然過程因為棱鏡上的反（fǎn）射麵數量（liàng）而需要更積極參與並可能需要更多的（de）循環或操作，但生成、平滑、拋光和倒角階段在圖2a - 2d中都有大致的概（gài）述。

 

圖2a： 棱鏡製造過程：粗磨階段

 

圖2b： 棱鏡製造過程：精（jīng）磨（mó）階段

 

圖2c： 棱鏡製造過程：拋光階段

 

圖2d： 棱鏡製造過程：倒角階段

在製造棱鏡的整個過程中，需要不斷調整（zhěng）和固定進行中的每個（gè）鏡麵。將棱鏡固定到位涉（shè）及兩個方法之一：阻止和接觸。阻止需要將棱鏡排列在注入熱（rè）蠟（là）的金屬工具中。另一方麵，接觸是一個在室溫下進行的光學粘合過程，通過其範德瓦爾（ěr）斯交互作用（yòng）將兩個清潔的玻璃表麵緊固在一起。接觸方法在要求高精度公差（chà）時（shí）使用，因為它不需要（yào）在生成、平滑或拋光階段中進行其他調節來考慮棱鏡表麵（miàn）和接（jiē）觸塊之間的蠟厚度。

在（zài）棱（léng）鏡製造過程的每一個階段中，從產生（shēng）到阻止和接（jiē）觸，都需要一位熟練的驗光師手動檢查和（hé）調整正在處理的棱鏡表麵。因此，它需要注入非常大的勞力，而且要求經驗（yàn）和技巧來完成。整個過程通常（cháng）需（xū）要相當大量的時間、工作和專注。

理（lǐ）論（lùn）：光線與折射

了解棱鏡如（rú）何工作是決定哪（nǎ）種類型的棱鏡最適合某個（gè）特定應用的關鍵。為此，重要的是首先了解光與光學表麵的相互作（zuò）用。這種相互作用可通過斯涅（niè）爾的折射定律說明：

(1)n1sin(θ1)=n2sin(θ2)n1sin(θ1)=n2sin(θ2)

其中n1是入射（shè）媒介的指數，θ1是入（rù）射光線的角度，n2是折射/反射媒介的指數，以（yǐ）及θ2是折射/反射（shè）光線（xiàn）的角（jiǎo）度。斯涅爾定律說明當光線經過多個媒介時，入射角和投射（shè）角之（zhī）間的關係（圖3）。

 

圖3： 斯涅爾定律和內部全反射理論

棱鏡的（de）顯著能力是不（bú）需要特殊鍍膜即可反射光線路徑，例如在使用反射鏡時（shí）則需要使用這些鍍膜。此功能通過（guò）一種（zhǒng）稱為全部內反射(TIR)的現象（xiàng）來實（shí）現。TIR在入射角（從正（zhèng）常測量的（de）入射光（guāng）線角度）大於臨界角θc時發生：

(2)sin(θc)=n1n2sin(θc)=n1n2

其中n1是光線產生時媒介的折射率，n2是光線出射（shè）時媒介的折射率。重要的是，需要知道TIR隻有當光（guāng）從高指數媒介傳輸到低指數媒介時發生。

在臨界角，折射角等於90°。參考圖3，將發現TIR隻在當θ超出臨界角時發生。根據斯涅爾定律，如果該角度在臨界（jiè）角之下，則透射將連同反射一起發生。如（rú）果棱鏡麵（miàn）不符合所需角度的TIR規格，則（zé）必須使用反射鍍膜。這就是為（wéi）什麽有些（xiē）應用需要鍍膜版本的棱鏡，在其他應用（yòng）中可以無需鍍膜即可良好工作的原因。

棱鏡類型

共有四種（zhǒng）主要類型的棱鏡，色散棱鏡，偏轉或反射棱（léng）鏡、旋轉棱鏡和偏移棱鏡。偏（piān）轉、偏移（yí）和旋（xuán）轉棱鏡常用於成像應用；擴（kuò）散棱鏡專用於色散光源，因此不適合用於（yú）要（yào）求優質圖像的任何應用。

色散棱鏡

根據棱鏡基片的波長和反（fǎn）射率，棱鏡色散取決於棱鏡的（de）幾何（hé）及其折射率色散曲（qǔ）線。最小偏向角決定（dìng）入射光線和投射光線之間的最小夾角（圖8）。綠色光的波長偏離超過紅色，藍色比紅色和綠色多；紅色通常定義為656.3nm，綠（lǜ）色為587.6nm和藍色為（wéi）486.1nm。

 

圖（tú）4： 通過棱鏡實現色散

偏轉（zhuǎn）、旋轉和偏移棱（léng）鏡

偏轉光線路徑（jìng）的棱鏡（jìng），或將圖像（xiàng）從其原（yuán）始軸偏移（yí），在很多成像係統中很有幫助（zhù）。光（guāng）線通常在45°、60°、90°和180°角度偏轉。這（zhè）有助於聚集係統大小或調整（zhěng）光線路（lù）徑而不影響其（qí）餘的（de）係統設置。旋轉棱鏡，例如道（dào）威棱（léng）鏡，用於旋轉倒位後的圖像。偏移（yí）棱鏡（jìng）保持光（guāng）線路徑的方向，還會將（jiāng）其關（guān）係調整為正常。

棱鏡（jìng）選擇指南

為了幫助您選擇適用於（yú）特（tè）定應用的最佳（jiā）棱（léng）鏡，請考慮以下最常用於光學、成像和光電工（gōng）業的選擇指南（nán）。

本簡介提供棱鏡的製造過程及（jí）其相關（guān）理論的概述，以及有助於找到適用於任何應用的最好棱鏡的選擇指南。

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