光學(xué)棱鏡種類(lèi)匯總(三)

1   引言

在前面兩篇中，我們對(duì)常用的單體光學(xué)棱鏡做了介紹，包括常見(jiàn)的直角棱鏡、五角棱鏡、保羅棱鏡、道威棱鏡等元件，這些棱鏡可以在光學(xué)系統(tǒng)中起到將光束轉(zhuǎn)向或平移的作用。實(shí)際中，常常將這些單體棱鏡組合起來(lái)使用，來(lái)獲得獨(dú)特的光學(xué)效果。在本篇中，我們將對(duì)常用的棱鏡組合做介紹，以拓展大家對(duì)棱鏡產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的了解和認(rèn)識(shí)。

2   常見(jiàn)的組合棱鏡

2.1 施密特-別漢棱鏡（Schmidth–Pechan prism）施密特-別漢棱鏡是我們之前介紹過(guò)的寶恩芬德棱鏡和施密特棱鏡的組合，入射光束會(huì)在組合棱鏡內(nèi)發(fā)生5次反射，并沿原來(lái)的方向出射，如下圖所示：

由于光束會(huì)在組合棱鏡內(nèi)部多次反射，所以必然會(huì)出現(xiàn)光束能量的損失，為了保持光束的能量，需要在反射面鍍上內(nèi)反射膜，或者是讓光束在棱鏡內(nèi)部實(shí)現(xiàn)全反射。為了實(shí)現(xiàn)全反射，需要在兩個(gè)棱鏡間留有一定寬度的空氣間隙。在**個(gè)棱鏡處還可以設(shè)定屋脊面，從而使得出射的光束相對(duì)于入射光束有180°的影像旋轉(zhuǎn)。有時(shí)候，多次的全反射也會(huì)造成光的偏振態(tài)改變，導(dǎo)致不同偏振分量的光在相位上出現(xiàn)延遲差，因此，需要鍍制特別的相位補(bǔ)正膜來(lái)加以改善，以避免在影像中產(chǎn)生不必要的干涉現(xiàn)象。

2.2 烏彭達(dá)爾棱鏡（Uppendahl prism）烏彭達(dá)爾棱鏡共由三塊棱鏡膠合而成，不需要空氣隙，第三個(gè)棱鏡帶上屋脊面后，其作用與上面介紹的施密特-別漢棱鏡一樣，可以實(shí)現(xiàn)影像的180度旋轉(zhuǎn)并同方向出射，棱鏡結(jié)構(gòu)和光路走向如下圖所示：

2.3 道布萊斯棱鏡（Daubresse prism）道布萊斯棱鏡由一個(gè)五角棱鏡和一個(gè)直角棱鏡組合而成，它不會(huì)改變光束的傳播方向，但是會(huì)將光束平移一段距離v后出射，其結(jié)構(gòu)和光路圖如下所示，其中五角棱鏡包含了屋脊面，因此出射光束與入射光束是有180度的旋轉(zhuǎn)的。

2.4 佩林-布洛卡棱鏡（Pellin–Broca prism）佩林-布洛卡棱鏡是一個(gè)反射棱鏡和一個(gè)色散棱鏡的組合。其功能類(lèi)似于我們上篇提到的恒偏向棱鏡，棱鏡結(jié)構(gòu)和光路走向如下圖所示：

從上圖可以看出，因?yàn)楣馐娜肷浜统錾涠际桥c棱鏡表面不垂直的，所以出射波面會(huì)出現(xiàn)一定的色差，實(shí)際中，通過(guò)選擇特定阿貝數(shù)的光學(xué)材料組合來(lái)降低色差的量值。

2.5 帶屋脊面的阿貝棱鏡（Abbe prism with roof edge）此類(lèi)棱鏡由三個(gè)等角度的阿米西單體棱鏡膠合而成，中間的棱鏡帶有屋脊面，如下圖所示：

從左端入射的光束，經(jīng)過(guò)棱鏡后，會(huì)實(shí)現(xiàn)180度的影像翻轉(zhuǎn)，并沿原方向出射。

2.6 阿貝-柯尼棱鏡（Abbe-Koenig prism）阿貝-柯尼棱鏡是反射型的光學(xué)棱鏡，可實(shí)現(xiàn)影像的轉(zhuǎn)向，經(jīng)常用于雙筒望遠(yuǎn)鏡中，棱鏡的光路如下圖所示：

從上圖可以看出，阿貝-柯尼棱鏡由兩個(gè)玻璃棱鏡膠合而成，形成對(duì)稱(chēng)的淺V字型組合。光線從左端垂直于表面入射，在30°的斜面產(chǎn)生全反射，然后在另一個(gè)直角面被反射后，再?gòu)?*個(gè)棱鏡的表面全反射后出射，光束的方向保持不變，影像被上下顛倒了。如果將*下端的底面設(shè)置成屋脊面，則可以實(shí)現(xiàn)影像的180度翻轉(zhuǎn)。

2.7 讓池棱鏡（Rantsch prism）讓池棱鏡由三塊獨(dú)立的棱鏡組合而成，其中一塊是等邊棱鏡，另外兩塊是銳角為30°的直角棱鏡，其結(jié)構(gòu)和光路圖如下圖所示：

光束從左端入射后，經(jīng)過(guò)棱鏡的三次反射后出射，出射光束中與入射光束有一定距離的縱向平移，并且出射光束的影像相對(duì)于入射光束是上下鏡像。

2.8 可然棱鏡（Cranz prism）可然棱鏡的作用，依然是光束在不改變傳播方向的前提下，實(shí)現(xiàn)光束的鏡像，一個(gè)代表性的可然棱鏡如下圖所示：

上圖中，左右兩側(cè)各有一個(gè)寶恩芬德單體棱鏡，入射光束會(huì)經(jīng)過(guò)內(nèi)部5次反射后，從右端出射，出光光束的影像與入射光束是上下鏡像的。

2.9 戴樂(lè)特棱鏡（Dialyt prism）在德國(guó)蔡司公司生產(chǎn)的一款雙筒望遠(yuǎn)鏡中，就用到了此款棱鏡，它的結(jié)構(gòu)光路如下圖所示：

這款棱鏡是由之前介紹過(guò)的阿米西棱鏡和寶恩芬德棱鏡組合而成，在**個(gè)棱鏡上設(shè)置有屋脊面，從左端入射的光束，經(jīng)過(guò)內(nèi)部三次反射后，會(huì)被旋轉(zhuǎn)180度并從右端出射，出射方向與入射方向一致。

2.10 保羅棱鏡對(duì)（Porro prism pair）保羅棱鏡對(duì)被廣泛的應(yīng)用在雙筒望遠(yuǎn)鏡中，其在望遠(yuǎn)鏡中的位置如下圖所示：

利用望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀測(cè)遠(yuǎn)處的景象時(shí)，進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的光束經(jīng)過(guò)物鏡后，就來(lái)到了保羅棱鏡對(duì)的區(qū)域，兩個(gè)棱鏡的斜面相對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)光束的平移和折轉(zhuǎn)，從而輸送到目鏡中，形成成像。

3 結(jié)語(yǔ)

本篇中，我們對(duì)常見(jiàn)的組合棱鏡的結(jié)構(gòu)做了匯總和介紹，包括廣為熟知的施密特-別漢棱鏡、阿貝-柯尼棱鏡、保羅棱鏡對(duì)等，它們通過(guò)對(duì)單體棱鏡的巧妙組合，實(shí)現(xiàn)了滿足應(yīng)用需求的光束折轉(zhuǎn)和平移。