棱鏡是由光學材（cái）料（liào）組成的（de）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（de）交線稱為棱，垂直棱的截麵稱為主（zhǔ）截麵。棱鏡在光學中起著許多各不相同的作（zuò）用，棱鏡的組合可以用作分（fèn）束器、起偏器等，但大多數應用中，隻是用了棱鏡的色散功能，或使（shǐ）像的方（fāng）向、光束（shù）傳播方向發（fā）生改變的功能。色散功能使棱鏡作為色散元件，如在分光計、攝（shè）譜儀（yí）、單色（sè）儀中的（de）棱鏡就是起著色（sè）散作用。

在許多光學儀器中，往往利用棱鏡使光路折疊（dié），以使係統縮小體積，並（bìng）且這些棱鏡都沒有色散，如反演棱鏡（jìng），倒向棱鏡等。

鏡是實心的玻璃光學，經過磨砂和拋光成幾何與光學明顯的形狀。角度（dù）、位置和光學平晶數量有助（zhù）於定義類型和功能（néng）。將一束（shù）白光源分散到其組件顏色。利用此（cǐ）應用的設備是折射儀和光譜元件（jiàn）。由於這一初步發現，棱鏡已在係統中用（yòng）於“折射”光纖，將係統“折（shé）疊”成一個較小（xiǎo）的空間，改變圖像的方向（也（yě）稱為（wéi）旋（xuán）性或（huò）同位），以及合並或分割光束的部分反（fǎn）射麵。這些用途在利用望遠鏡、放大鏡、測量儀器和許多其（qí）他應用中非常普遍。

 

生產先（xiān）進的（de）LCD、DLP、LCOS顯示技術中光學引（yǐn）擎用光（guāng）學棱（léng）鏡和DVD係列棱鏡以及二向色板。棱鏡加工能力：角度精度：5"； 麵精度：within1/10λ；　棱差（chà）：1"；　尺（chǐ）寸精度：±0.02mm

棱鏡是實心的玻璃光學，經過磨砂和拋光成幾（jǐ）何與光學明顯的形狀。角度、位置和光學平晶數量有助於定義類型和功（gōng）能。將一束白光（guāng）源分（fèn）散到（dào）其組件顏色（圖1）。利用此應用的（de）設備是折（shé）射儀和（hé）光譜元件。由於這一初步發現（xiàn），棱鏡已在（zài）係統中用於“折射”光纖，將（jiāng）係統“折疊”成一個較小的空間，改變圖像的方向（也（yě）稱為（wéi）旋性或同位（wèi）），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、測量儀器和許多其他應用中非常普遍。

 

圖1： 通過棱鏡實現色散

棱鏡的一（yī）個顯著特（tè）點是能夠模（mó）仿作為一個平（píng）麵鏡係統，來模擬（nǐ）棱鏡媒介中的光反射。 更換反射鏡組（zǔ）件可能是最有用的棱（léng）鏡應（yīng）用（yòng），因為它們都折射或折疊光線和改變圖像同位（wèi）。 要實現類似單個棱鏡（jìng）的效（xiào）果，通常需要使用多個反射鏡。因此，用一（yī）個棱鏡來代替幾個反射鏡（jìng）可減少潛在的校準錯誤，提高準確性和（hé）減少係統的規模和複雜性（xìng）。

棱鏡製造

在鑽研棱鏡的理論之前，先思考其製造過（guò）程。為了能夠在大多數應（yīng）用中成功使用，製造棱鏡時（shí）必須符合（hé）非常嚴格的公差和精（jīng）度。由於形狀、大小和最重要反射麵數量的變異，大規模的自動化（huà）過程對於（yú）棱鏡製造是（shì）完全（quán）不可行的。此外，大多（duō）數高精度棱鏡往往傾向於少量製造，意味著自動化過程是不必要的。

首先，取得一塊符合（hé）特定等級和玻璃類型的玻璃（稱為“玻璃毛坯”）。然後磨砂這（zhè）塊玻璃，或通過一個金（jīn）屬金剛石（shí）砂（shā）輪生成接近完成（chéng）的產品。大多數的玻璃都會從這個階段去除，形成平坦但仍然粗糙的表（biǎo）麵（圖（tú）2a）。此時（shí），即將（jiāng）成為棱（léng）鏡的尺寸已（yǐ）非（fēi）常接近所需的（de）規格。接著，是去除表麵的表麵下裂痕的（de）細磨過程；這（zhè）一階段稱為（wéi）精磨。第一個階段遺留的刮痕將會在第二個階段中去除（圖2b）。精磨處理之後，玻璃表麵應出現混濁和不透明（míng）。在首兩個階段中，棱鏡表麵必須潮濕（shī），以便加快玻（bō）璃移除和（hé）防止玻璃本身過熱。

第三階段包括根據規格要求將棱鏡拋光到指定的精度。在（zài）這個階段中，玻璃將摩擦用“研磨漿”濕潤的聚氨酯拋光（guāng）器，此“研磨（mó）漿”是通（tōng）常包含混（hún）合水與浮石或（huò）氧（yǎng）化鈰的光學拋光化合物（圖（tú）2c）。拋光階段（duàn）的（de）確切時間，非常依（yī）賴於要求的鏡麵規格。一旦完成拋光（guāng），即可開始倒角（jiǎo）。在這第四個階段中（zhōng），棱鏡的邊緣將經過一個旋轉的鑽石板，將上述步驟中形成的尖銳邊緣稍微磨鈍（圖2d）。倒角之後，成品（pǐn）棱鏡將進行清理、檢查（chá）（通過手動和自動兩種方式），以及在必（bì）要時進行減反(AR)和/或金屬反射鍍膜（mó），以進一（yī）步幫助提高整體透射（shè）率和（hé）/或反射率。雖然過程因為棱鏡上的反射麵數（shù）量而需要更積極參與並可能需（xū）要更多的循環或操作，但生成、平滑、拋光和倒角階段在圖2a - 2d中都（dōu）有大致的概述。

 

圖2a： 棱鏡製造過程：粗磨階段（duàn）

 

圖2b： 棱鏡製造（zào）過程：精磨階段

 

圖2c： 棱鏡製造（zào）過程：拋光階段

 

圖2d： 棱鏡製造過程：倒角（jiǎo）階段

在製造（zào）棱（léng）鏡的整個過程中，需要不斷（duàn）調整和固定（dìng）進行中的每個鏡麵。將（jiāng）棱鏡固定到位涉（shè）及兩個方法之一：阻止和接觸。阻（zǔ）止需要將棱鏡（jìng）排列在注入熱蠟的金屬工具中。另一方麵，接觸是一個在室溫下進行（háng）的光學粘合過程，通過其範德瓦（wǎ）爾（ěr）斯交互作用將兩個清潔的玻璃表麵緊固在一起（qǐ）。接觸方法在要求高精度公差時使（shǐ）用，因為它不需要在生成、平滑或拋光階段中進行其他調節來考慮棱鏡（jìng）表麵和（hé）接觸塊（kuài）之間的蠟厚度。

在棱（léng）鏡製造過程的每一個階段中，從產生到阻止和（hé）接觸，都（dōu）需要（yào）一位熟練的驗光師（shī）手動檢查和（hé）調（diào）整正在處理（lǐ）的棱鏡表麵。因此，它需要注入非（fēi）常大的勞力，而且要求經驗和技巧來完成。整個過程通常需要相（xiàng）當大量的時間、工作（zuò）和專注。

理（lǐ）論：光線與折射

了解棱鏡如何工作是決定哪種（zhǒng）類型的棱鏡最適合某個特定應（yīng）用的關鍵。為此，重要的是首先了解光與光（guāng）學表麵（miàn）的相互作用。這種相互作用（yòng）可通過斯涅爾的折射定律說明：

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

其中n1是入射媒介的（de）指數，θ1是入射光線的角度，n2是折射/反（fǎn）射媒介的指數，以及θ2是（shì）折（shé）射（shè）/反射光線的角度。斯涅爾（ěr）定律說明當光線經過多個媒（méi）介時，入射角（jiǎo）和投射（shè）角之間的關係（圖3）。

 

圖3： 斯涅爾定律和內部（bù）全反射理論

棱鏡的顯著能力是不需要特殊鍍膜即可反射光線路徑，例如在（zài）使用反（fǎn）射鏡時則（zé）需要使用這些鍍膜（mó）。此功能通（tōng）過一種稱為全部內反射(TIR)的現象來實現。TIR在入射角（從正（zhèng）常測量的入射光線角度）大於臨界角θc時發生：

(2)sin(θc)=n1n2sin(θc)=n1n2

其（qí）中n1是光（guāng）線（xiàn）產生（shēng）時媒介的折射率，n2是（shì）光線出（chū）射時媒介的折射率。重要（yào）的是，需要知道（dào）TIR隻有當光從高指數媒介傳輸到低指數（shù）媒介時發生。

在臨界角，折射角（jiǎo）等於90°。參考圖3，將發現TIR隻在當θ超出臨界角時發生。根（gēn）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。如果（guǒ）棱鏡麵不符合所（suǒ）需角度的TIR規格，則必須使用反射鍍膜。這（zhè）就是為什麽有（yǒu）些應用需要鍍膜版（bǎn）本的棱鏡，在其他應（yīng）用中可以無需鍍膜即可良好工作的（de）原（yuán）因。

棱鏡類型

共有四種主要類型的棱鏡（jìng），色散棱鏡（jìng），偏轉或反射棱鏡、旋轉棱鏡和偏移棱鏡。偏轉、偏移和（hé）旋轉棱鏡常用於成像應（yīng）用；擴散棱鏡專用於色散光源，因此不適合用於要求優質圖像的任何應用。

色（sè）散棱鏡

根據棱鏡基（jī）片的波長和反射率（lǜ），棱鏡色散取決於棱鏡的幾何及其（qí）折射率色散曲線。最小偏向角決定入射光線和投射光線之（zhī）間的最小夾角（圖8）。綠色光的波長偏離超過紅色，藍（lán）色比紅色和綠色多；紅色通常（cháng）定義為656.3nm，綠色為587.6nm和藍色為486.1nm。

 

圖4： 通過（guò）棱（léng）鏡實現色散（sàn）

偏轉、旋轉和偏移棱鏡

偏轉光線（xiàn）路徑（jìng）的棱（léng）鏡，或將圖像從其原始（shǐ）軸偏移，在很多（duō）成像係統中很有幫助。光線通常在45°、60°、90°和180°角度偏轉。這有（yǒu）助於聚集係統大小或調整光線路徑而不（bú）影響其餘的係統設置（zhì）。旋轉棱鏡，例如道（dào）威（wēi）棱（léng）鏡，用於旋轉倒位後的（de）圖像。偏移棱鏡保持光線路（lù）徑的方向，還會將其關係調整為正常。

棱鏡選擇指南

為了幫助您（nín）選擇適用於特定應用的最佳棱鏡，請考（kǎo）慮以（yǐ）下（xià）最常用於光學、成像和光電工業的選擇指南。

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

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