楔形棱鏡應用：從玫瑰曲線到激光衰減

原創 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

旋轉楔形棱鏡掃描

當兩個楔形棱鏡(也叫里斯利棱鏡)串聯使用時，通過每個棱鏡的獨立旋轉，光束將發生兩次偏轉，因此可在一個圓錐范圍內的任意方向進行掃描，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將形成直線掃描軌跡，因此這種裝置還能實現光柵式逐行掃描。

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

實際的螺旋掃描圖案                精密電動旋轉掃描裝置

如果棱鏡的偏轉角很大，di 二 個 棱鏡可能產生取決于 di 一 個 棱鏡旋轉方位的不同偏轉角，可能在掃描范圍內形成盲點，而且棱鏡的旋轉方位角關系也不再是線性的。這種裝置還要求比較嚴格的安裝公差，讓系統在棱鏡旋轉時始終保持對準。Thorlabs楔形棱鏡安裝墊圈提供互補的厚度，有助于搭建穩定的系統。

楔形棱鏡通過楔形墊圈固定在透鏡套筒中

關于里斯利棱鏡掃描應用的詳細介紹，Thorlabs有一份長達33頁的應用筆記，感興趣可點擊頁面底部的閱讀原文跳轉到產品頁面下載，頁面中還有用于模擬掃描圖案的Excel文檔。

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旋轉楔形棱鏡對 zui 常用 于激光掃描，也能用于光學指向，比如在機器視覺應用中定位相機視場的感興趣區域。另外，楔形棱鏡還能實現光束的衰減、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 應用功率降為50 W。下面的動態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償的反射保持光束的偏振、尺寸和形狀，非常適合在光束分析之前進行衰減，包括偏振測量應用。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控應用。

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，我們可以使光束產生確定的橫向位移。

棱鏡沿光軸平移，光束產生橫向位移

兩個楔形棱鏡還能構造變形棱鏡對，以放大因子m改變準直光束的輪廓。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鏡，它只能用于單色應用，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，這可能使實際系統變得相對復雜。

ref: Handbook of Optical Systems, H. Gross

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