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棱鏡是由光學(xué)材料組成的棱柱體，所有棱鏡的折射面和反射面統(tǒng)稱工作面，兩工作面的交線稱為棱，垂直棱的截面稱為主截面。棱鏡在光學(xué)中起著許多各不相同的作用，棱鏡的組合可以用作分束器、起偏器等，但大多數(shù)應(yīng)用中，只是用了棱鏡的色散功能，或使像的方向、光束傳播方向發(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、攝譜儀、單色儀中的棱鏡就是起著色散作用。

在許多光學(xué)儀器中，往往利用棱鏡使光路折疊，以使系統(tǒng)縮小體積，并且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(xué)，經(jīng)過磨砂和拋光成幾何與光學(xué)明顯的形狀。角度、位置和光學(xué)平晶數(shù)量有助于定義類型和功能。將一束白光源分散到其組件顏色。利用此應(yīng)用的設(shè)備是折射儀和光譜元件。由于這一初步發(fā)現(xiàn)，棱鏡已在系統(tǒng)中用于“折射”光纖，將系統(tǒng)“折疊”成一個較小的空間，改變圖像的方向（也稱為旋性或同位），以及合并或分割光束的部分反射面。這些用途在利用望遠(yuǎn)鏡、放大鏡、測量儀器和許多其他應(yīng)用中非常普遍。

生產(chǎn)先進(jìn)的LCD、DLP、LCOS顯示技術(shù)中光學(xué)引擎用光學(xué)棱鏡和DVD系列棱鏡以及二向色板。棱鏡加工能力：角度精度：5"；面精度：within1/10λ；　棱差：1"；　尺寸精度：±0.02mm

棱鏡是實心的玻璃光學(xué)，經(jīng)過磨砂和拋光成幾何與光學(xué)明顯的形狀。角度、位置和光學(xué)平晶數(shù)量有助于定義類型和功能。將一束白光源分散到其組件顏色（圖1）。利用此應(yīng)用的設(shè)備是折射儀和光譜元件。由于這一初步發(fā)現(xiàn)，棱鏡已在系統(tǒng)中用于“折射”光纖，將系統(tǒng)“折疊”成一個較小的空間，改變圖像的方向（也稱為旋性或同位），以及合并或分割光束的部分反射面。這些用途在利用望遠(yuǎn)鏡、放大鏡、測量儀器和許多其他應(yīng)用中非常普遍。

圖1：?通過棱鏡實現(xiàn)色散

棱鏡的一個顯著特點是能夠模仿作為一個平面鏡系統(tǒng)，來模擬棱鏡媒介中的光反射。更換反射鏡組件可能是最有用的棱鏡應(yīng)用，因為它們都折射或折疊光線和改變圖像同位。要實現(xiàn)類似單個棱鏡的效果，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(zhǔn)錯誤，提高準(zhǔn)確性和減少系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性。

棱鏡制造

在鉆研棱鏡的理論之前，先思考其制造過程。為了能夠在大多數(shù)應(yīng)用中成功使用，制造棱鏡時必須符合非常嚴(yán)格的公差和精度。由于形狀、大小和最重要反射面數(shù)量的變異，大規(guī)模的自動化過程對于棱鏡制造是完全不可行的。此外，大多數(shù)高精度棱鏡往往傾向于少量制造，意味著自動化過程是不必要的。

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”）。然后磨砂這塊玻璃，或通過一個金屬金剛石砂輪生成接近完成的產(chǎn)品。大多數(shù)的玻璃都會從這個階段去除，形成平坦但仍然粗糙的表面（圖2a）。此時，即將成為棱鏡的尺寸已非常接近所需的規(guī)格。接著，是去除表面的表面下裂痕的細(xì)磨過程；這一階段稱為精磨。第一個階段遺留的刮痕將會在第二個階段中去除（圖2b）。精磨處理之后，玻璃表面應(yīng)出現(xiàn)混濁和不透明。在首兩個階段中，棱鏡表面必須潮濕，以便加快玻璃移除和防止玻璃本身過熱。

第三階段包括根據(jù)規(guī)格要求將棱鏡拋光到指定的精度。在這個階段中，玻璃將摩擦用“研磨漿”濕潤的聚氨酯拋光器，此“研磨漿”是通常包含混合水與浮石或氧化鈰的光學(xué)拋光化合物（圖2c）。拋光階段的確切時間，非常依賴于要求的鏡面規(guī)格。一旦完成拋光，即可開始倒角。在這第四個階段中，棱鏡的邊緣將經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)的鉆石板，將上述步驟中形成的尖銳邊緣稍微磨鈍（圖2d）。倒角之后，成品棱鏡將進(jìn)行清理、檢查（通過手動和自動兩種方式），以及在必要時進(jìn)行減反(AR)和/或金屬反射鍍膜，以進(jìn)一步幫助提高整體透射率和/或反射率。雖然過程因為棱鏡上的反射面數(shù)量而需要更積極參與并可能需要更多的循環(huán)或操作，但生成、平滑、拋光和倒角階段在圖2a - 2d中都有大致的概述。

圖2a：?棱鏡制造過程：粗磨階段

圖2b：?棱鏡制造過程：精磨階段

圖2c：?棱鏡制造過程：拋光階段

圖2d：?棱鏡制造過程：倒角階段

在制造棱鏡的整個過程中，需要不斷調(diào)整和固定進(jìn)行中的每個鏡面。將棱鏡固定到位涉及兩個方法之一：阻止和接觸。阻止需要將棱鏡排列在注入熱蠟的金屬工具中。另一方面，接觸是一個在室溫下進(jìn)行的光學(xué)粘合過程，通過其范德瓦爾斯交互作用將兩個清潔的玻璃表面緊固在一起。接觸方法在要求高精度公差時使用，因為它不需要在生成、平滑或拋光階段中進(jìn)行其他調(diào)節(jié)來考慮棱鏡表面和接觸塊之間的蠟厚度。

在棱鏡制造過程的每一個階段中，從產(chǎn)生到阻止和接觸，都需要一位熟練的驗光師手動檢查和調(diào)整正在處理的棱鏡表面。因此，它需要注入非常大的勞力，而且要求經(jīng)驗和技巧來完成。整個過程通常需要相當(dāng)大量的時間、工作和專注。

理論：光線與折射

了解棱鏡如何工作是決定哪種類型的棱鏡最適合某個特定應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，重要的是首先了解光與光學(xué)表面的相互作用。這種相互作用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是入射媒介的指數(shù)，θ1是入射光線的角度，n2是折射/反射媒介的指數(shù)，以及θ2是折射/反射光線的角度。斯涅爾定律說明當(dāng)光線經(jīng)過多個媒介時，入射角和投射角之間的關(guān)系（圖3）。

圖3：?斯涅爾定律和內(nèi)部全反射理論

棱鏡的顯著能力是不需要特殊鍍膜即可反射光線路徑，例如在使用反射鏡時則需要使用這些鍍膜。此功能通過一種稱為全部內(nèi)反射(TIR)的現(xiàn)象來實現(xiàn)。TIR在入射角（從正常測量的入射光線角度）大于臨界角θc時發(fā)生：

(2)sin(θc)=n1n2sin(θc)=n1n2

其中n1是光線產(chǎn)生時媒介的折射率，n2是光線出射時媒介的折射率。重要的是，需要知道TIR只有當(dāng)光從高指數(shù)媒介傳輸?shù)降椭笖?shù)媒介時發(fā)生。

在臨界角，折射角等于90°。參考圖3，將發(fā)現(xiàn)TIR只在當(dāng)θ超出臨界角時發(fā)生。根據(jù)斯涅爾定律，如果該角度在臨界角之下，則透射將連同反射一起發(fā)生。如果棱鏡面不符合所需角度的TIR規(guī)格，則必須使用反射鍍膜。這就是為什么有些應(yīng)用需要鍍膜版本的棱鏡，在其他應(yīng)用中可以無需鍍膜即可良好工作的原因。

棱鏡類型

共有四種主要類型的棱鏡，色散棱鏡，偏轉(zhuǎn)或反射棱鏡、旋轉(zhuǎn)棱鏡和偏移棱鏡。偏轉(zhuǎn)、偏移和旋轉(zhuǎn)棱鏡常用于成像應(yīng)用；擴(kuò)散棱鏡專用于色散光源，因此不適合用于要求優(yōu)質(zhì)圖像的任何應(yīng)用。

色散棱鏡

根據(jù)棱鏡基片的波長和反射率，棱鏡色散取決于棱鏡的幾何及其折射率色散曲線。最小偏向角決定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(lán)色比紅色和綠色多；紅色通常定義為656.3nm，綠色為587.6nm和藍(lán)色為486.1nm。

圖4：?通過棱鏡實現(xiàn)色散

偏轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)和偏移棱鏡

偏轉(zhuǎn)光線路徑的棱鏡，或?qū)D像從其原始軸偏移，在很多成像系統(tǒng)中很有幫助。光線通常在45°、60°、90°和180°角度偏轉(zhuǎn)。這有助于聚集系統(tǒng)大小或調(diào)整光線路徑而不影響其余的系統(tǒng)設(shè)置。旋轉(zhuǎn)棱鏡，例如道威棱鏡，用于旋轉(zhuǎn)倒位后的圖像。偏移棱鏡保持光線路徑的方向，還會將其關(guān)系調(diào)整為正常。