复合棱镜

复合棱镜是以棱镜为元素组合成的元件,它们被放置在一起并且接触著,通常是黏合在一起,形成一个组合的固体元件[1]。使用多个元件为光学设计人员提供了几个优势[2]

  • 可以实现光谱色散,而部会在设计的波长处造成光束的偏差。因此,在设计波长处的光线以相对于光轴的角度进入,会相对于同一光轴以相同的角度离开棱镜。这种效应通常称为"直接视觉分散"或"非分散"[3]
  • 可以实现入射光的偏向,同时大大减少引入光束的分散:一个消色差偏折棱镜的效果等同于光束转向英语beam steering[4][5]
  • 可以调整棱镜色散,以实现更大的线性色散度获实现高阶色散效果。

对偶性

最简单的复合棱镜是由两个接触元件组成的双棱镜,如右图所示。一束光线在第一个棱镜的表面由空气进入第一个棱镜产生折射,再次在两个棱镜之间的介面上折射,最后一次在退出第二个棱镜的棱镜-空气介面上折射。光束的偏折角 由入射光线和出射光线之间的角度差给出: 。虽然人们可以从双棱镜产生直接的视觉分散,但光束通常有显著的位移(显示为"Y"两条水平虚线之间的分离)。从数学上讲,通过在每个介面上的司乃耳定律方程来计算 [2]

 

使偏差角度成为棱镜折射率  ,棱镜元件的顶角  ,和光束的入射角 非线性方程。请注意 表示棱镜的反转(顶点朝下)。

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参考资料

  1. ^ John Browning, "Note on the use of compound prisms," MNRAS 31: 203-205 (1871).
  2. ^ 2.0 2.1 Nathan Hagen and Tomasz S. Tkaczyk, "Compound prism design principles, I," Appl. Opt. 50: 4998-5011 (2011).
  3. ^ Charles G. Abbott and Frederick E. Fowle, Jr., "A prism of uniform dispersion," Astrophys. J. 11: 135-139 (1900).
  4. ^ Bradley D. Duncan, Philip J. Bos, and Vassili Sergan, "Wide-angle achromatic prism beam steering for infrared countermeasure applications," Opt. Eng 42: 1038-1047 (2003).
  5. ^ Zhilin Hu and Andrew M. Rollins, "Fourier domain optical coherence tomography with a linear-in-wavenumber spectrometer," Opt. Lett. 32: 3525-3527 (2007).