棱镜原理和分类

棱镜是一种按照出射光线和入射光线成特定角度来转折光线的光学元件。棱镜在光学系统中主要实现转折光路、转像、倒像和扫描等功能。用于光束转向的棱镜一般可以分为反射棱镜和折射棱镜。

反射棱镜是将一个或多个反射面磨制在一块玻璃上，利用全反射原理和镀膜技术制成，如果在棱镜内部的光线抵达表面时的角度是大于发生全反射的临界角，便会产生全反射，所有的光线都会被反射回内部；若入射光线不能全部发生全反射，则需在该面上镀以金属反射膜，如银、铝或金等，以减少反射面的光能损失；另外，为了增加棱镜的透光量，减小或消除系统的杂散光，会在棱镜的入射面和出射面镀特定光谱范围的增透膜。在光学系统中反射棱镜主要用于改变光学系统光轴的方向或位置、改变成像方向用作转像系统、实现分光和合像等。

反射棱镜的种类繁多，形状各异，大体上可分为简单棱镜（如直角棱镜、等腰棱镜、五角棱镜、道威棱镜）、屋脊棱镜、椎体棱镜和复合棱镜。

折射棱镜是根据光的折射原理，工作面是两个折射面，两折射面的交线成为折射棱，两折射面间的二面角成为折射棱镜的折射角，用α表示。出射光线与入射光线的夹角称为偏转角，用δ表示，对于给定的棱镜，折射角α和折射率n是定值，折射棱镜的转向角δ只随光线的入射角I而变化。在光线的光路对称于折射棱镜时，偏向角取得较小值，表达式为：

折射角很小的棱镜称为光楔或楔形棱镜，由于折射角很小，当光线垂直入射或接近垂直入射时，光楔偏向角表达式可以近似简化为：δ=（n-1）α

光束转向棱镜特性

棱镜可以实现转折光路、转像的功能，不同棱镜实现的光束、图像转折角度不同，同一棱镜用法不同，实现的转折角度也不同。图中坐标系不是真实系统坐标系，仅用来表示图像光线偏折方向、图像上下、左右旋转方向。

光 束 转 向 棱 镜
Prism	Material	Deviation	Invert	Reverse or Rotate	Illustration	Applications
棱镜类型	材 质	偏离角度	倒转角度	旋转角度	光路走向	描述
直角棱镜	H-K9L/紫外熔融石英/氟化钙/硒化锌	90°	90°	/		90°偏转，对较大角度入射的应用；角度精度或面型精度高，容易安装。适用于望远镜和潜望镜等光学系统。
		180°	180°	/		180°偏转，与入射光束角度无关。用作非反向的反射镜，适用于双筒镜配置。
道威棱镜	H-K9L	/	180°	2X棱镜旋转		道威棱镜可以根据光的入射面不同而倒立、反向或旋转图像。像的旋转角为棱镜旋转角的两倍。 适用于光束旋转应用。
		180°	180°	/		用作非反向的反射镜。 在光学装置中可以用作回射器或直角 (180°偏转)棱镜。
屋脊棱镜	H-K9L	90°	90°	180°旋转		90°偏转，倒立和旋转图像（从左到右和从上到下偏转)。 适用于对准和光学校准。
角反射棱镜(后向反射器)	H-K9L/紫外熔融石英	180°	180°	/		180°偏转，与入射光束角度无关，可以使入射光高精度返回光源。适用于光束对准与光束传输。在难以控制方向的应用中代替反射镜。
五角棱镜	H-K9L	90°	/	/		90° 偏转，不会生成倒立和反向图像。对入射光角度要求不高；与使用两个反射镜相比，不会产生角度的偏差。 适用于对准和光学校准。
楔形棱镜	H-K9L	可提供2°至10°的型号	/	/		光束转向应用。旋转一个楔形棱镜，光束可在以2倍指定偏转角所形成的圆上移动。 镀膜以减小后表面反射的鬼像干扰反射和透射光波前精度高。
		可提供2°至10°的型号	/	/		可变光束转向应用。旋转两个楔形棱镜，光束可在以4倍指定偏转角所形成的圆中任意移动。
耦合棱镜	金红石(TiO2)/GGG	（变量）	/	/		高折射率基底用于将光耦合到薄膜中。 TiO2用于 nfilm >1.8  GGG用于 nfilm<1.8

色 散 棱 镜
Prism	Material	Deviation	Invert	Reverse or Rotate	Illustration	Applications
棱镜类型	材 质	偏离角度	倒转角度	旋转角度	光路走向	描述
等边棱镜	H-K9L/紫外熔融石英	（变量）	/	/		色散棱镜可以代替衍射光栅。 用于将白光分成可见光谱。
佩林布洛卡棱镜	H-K9L/紫外熔融石英	90°	/	/		补偿超快激光系统中的脉冲展宽效应。 可用作滤光片，用于调谐波长或补偿色散。
色散补偿棱镜对	H-K9L/紫外熔融石英	可变垂直偏移	/	/		非常适合光束波长分离，以90°出射。 用于分离激光器的谐波或补偿群速度色散。

镀膜特性

通常在棱镜反射面镀铝、银反射膜以提高光反射率，在入射面和出射面镀增透膜来增加棱镜的透光量，减小或消除系统的杂散光，包括UV、VIS、 NIR、SWIR不同波段。