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楔形棱鏡應(yīng)用：從玫瑰曲線到激光衰減

原創(chuàng) Wedges Thorlab 索雷博

一組玫瑰曲線圖案

使用Thorlabs棱鏡掃描模擬Excel繪制

旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡掃描

當(dāng)兩個楔形棱鏡(也叫里斯利棱鏡)串聯(lián)使用時，通過每個棱鏡的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，光束將發(fā)生兩次偏轉(zhuǎn)，因此可在一個圓錐范圍內(nèi)的任意方向進(jìn)行掃描，形成上圖所示的各種玫瑰曲線或其它掃描圖案。兩個棱鏡以相同速率反向旋轉(zhuǎn)將形成直線掃描軌跡，因此這種裝置還能實現(xiàn)光柵式逐行掃描。

單棱鏡掃描                        雙棱鏡掃描更大范圍

實際的螺旋掃描圖案                精密電動旋轉(zhuǎn)掃描裝置

如果棱鏡的偏轉(zhuǎn)角很大，di 二 個 棱鏡可能產(chǎn)生取決于 di 一 個 棱鏡旋轉(zhuǎn)方位的不同偏轉(zhuǎn)角，可能在掃描范圍內(nèi)形成盲點(diǎn)，而且棱鏡的旋轉(zhuǎn)方位角關(guān)系也不再是線性的。這種裝置還要求比較嚴(yán)格的安裝公差，讓系統(tǒng)在棱鏡旋轉(zhuǎn)時始終保持對準(zhǔn)。Thorlabs楔形棱鏡安裝墊圈提供互補(bǔ)的厚度，有助于搭建穩(wěn)定的系統(tǒng)。

楔形棱鏡通過楔形墊圈固定在透鏡套筒中

關(guān)于里斯利棱鏡掃描應(yīng)用的詳細(xì)介紹，Thorlabs有一份長達(dá)33頁的應(yīng)用筆記，感興趣可點(diǎn)擊頁面底部的閱讀原文跳轉(zhuǎn)到產(chǎn)品頁面下載，頁面中還有用于模擬掃描圖案的Excel文檔。

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旋轉(zhuǎn)楔形棱鏡對 zui 常用 于激光掃描，也能用于光學(xué)指向，比如在機(jī)器視覺應(yīng)用中定位相機(jī)視場的感興趣區(qū)域。另外，楔形棱鏡還能實現(xiàn)光束的衰減、整形和平移等。

光束衰減

ATT30系列激光衰減棱鏡對使用熔融石英制作，通過兩次菲涅爾反射衰減 zui 高 200 W的激光；如果棱鏡 di 二 表面鍍增透膜則 zui 高 應(yīng)用功率降為50 W。下面的動態(tài)圖展示了棱鏡對的衰減光路。

棱鏡對衰減不僅提供平坦的衰減曲線，而且通過兩次相互補(bǔ)償?shù)姆瓷浔３止馐钠瘛⒊叽绾托螤睿浅＿m合在光束分析之前進(jìn)行衰減，包括偏振測量應(yīng)用。下面兩圖展示了ATT30的安裝特性和光路端口。因為大部分光通過兩個透射端口逸出，所以這里要用收集筒終止高功率激光。

安裝特性                               光束衰減比

BSF2550楔形分束棱鏡尺寸為1英寸x2英寸，使用未鍍膜紫外熔融石英制作，通過連續(xù)的反射和折射將一束入射光分成多束光。5°頂角便于分離這些逐級衰減的光束，用于不同的實驗和光束監(jiān)控應(yīng)用。

光束位移和整形

如果兩個相同的楔形棱鏡以上下相反的方向組合使用，那么沿光軸平移其中一個棱鏡時，我們可以使光束產(chǎn)生確定的橫向位移。

棱鏡沿光軸平移，光束產(chǎn)生橫向位移

兩個楔形棱鏡還能構(gòu)造變形棱鏡對，以放大因子m改變準(zhǔn)直光束的輪廓。這種配置可用于將橢圓光束變成圓形光束。

簡單的變形棱鏡對包含兩個相同的棱鏡，而光束垂直入射。如下圖所示，如果θ是光通過 di 一 個 棱鏡的偏轉(zhuǎn)角，α是棱鏡頂角，而n是折射率，那么輸入和輸出光束尺寸比將是確定的。這種配置也叫布儒斯特望遠(yuǎn)鏡，它只能用于單色應(yīng)用，否則放大因子將有很大的色差。由于這種光束整形伴隨著橫向位移等問題，這可能使實際系統(tǒng)變得相對復(fù)雜。

ref: Handbook of Optical Systems, H. Gross

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