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(gè)楔形棱鏡(也叫里斯利棱鏡)串聯(lián)使用時(shí)，通過(guò)每個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)光柵式逐行掃描。

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

實(shí)際的螺旋掃描圖案                精密電動(dòng)旋轉(zhuǎn)掃描裝置

如果棱鏡的偏轉(zhuǎn)角很大，di 二 個(gè) 棱鏡可能產(chǎn)生取決于 di 一 個(gè) 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(shí)始終保持對(duì)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(guò)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(zhǎng)達(dá)33頁(yè)的應(yīng)用筆記，感興趣可點(diǎn)擊頁(yè)面底部的閱讀原文跳轉(zhuǎn)到產(chǎn)品頁(yè)面下載，頁(yè)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(duì) 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(jué)應(yīng)用中定位相機(jī)視場(chǎng)的感興趣區(qū)域。另外，楔形棱鏡還能實(shí)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(duì)使用熔融石英制作，通過(guò)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?cè)鐾改t zui 高 應(yīng)用功率降為50 W。下面的動(dòng)態(tài)圖展示了棱鏡對(duì)的衰減光路。

棱鏡對(duì)衰減不僅提供平坦的衰減曲線，而且通過(guò)兩次相互補(bǔ)償?shù)姆瓷浔３止馐钠?、尺寸和形狀，非常適合在光束分析之前進(jìn)行衰減，包括偏振測(cè)量應(yīng)用。下面兩圖展示了ATT30的安裝特性和光路端口。因?yàn)榇蟛糠止馔ㄟ^(guò)兩個(gè)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(guò)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(jí)衰減的光束，用于不同的實(shí)驗(yàn)和光束監(jiān)控應(yīng)用。

光束位移和整形

如果兩個(gè)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(gè)棱鏡時(shí)，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(gè)楔形棱鏡還能構(gòu)造變形棱鏡對(duì)，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(jiǎn)單的變形棱鏡對(duì)包含兩個(gè)相同的棱鏡，而光束垂直入射。如下圖所示，如果θ是光通過(guò) di 一 個(gè) 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(wèn)題，這可能使實(shí)際系統(tǒng)變得相對(duì)復(fù)雜。

ref: Handbook of Optical Systems, H. Gross

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