楔形棱镜应用：从玫瑰曲线到激光衰减
原创 Wedges Thorlab 索雷博
一组玫瑰曲线图案
使用Thorlabs棱镜扫描模拟Excel绘制
旋转楔形棱镜扫描
当两个楔形棱镜(也叫里斯利棱镜)串联使用时，通过每个棱镜的独立旋转，光束将发生两次偏转，因此可在一个圆锥范围内的任意方向进行扫描，形成上图所示的各种玫瑰曲线或其它扫描图案。两个棱镜以相同速率反向旋转将形成直线扫描轨迹，因此这种装置还能实现光栅式逐行扫描。
单棱镜扫描 双棱镜扫描更大范围
实际的螺旋扫描图案 精密电动旋转扫描装置
如果棱镜的偏转角很大，di 二 个 棱镜可能产生取决于 di 一 个 棱镜旋转方位的不同偏转角，可能在扫描范围内形成盲点，而且棱镜的旋转方位角关系也不再是线性的。这种装置还要求比较严格的安装公差，让系统在棱镜旋转时始终保持对准。Thorlabs楔形棱镜安装垫圈提供互补的厚度，有助于搭建稳定的系统。
楔形棱镜通过楔形垫圈固定在透镜套筒中
关于里斯利棱镜扫描应用的详细介绍，Thorlabs有一份长达33页的应用笔记，感兴趣可点击页面底部的阅读原文跳转到产品页面下载，页面中还有用于模拟扫描图案的Excel文档。
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旋转楔形棱镜对 zui 常用 于激光扫描，也能用于光学指向，比如在机器视觉应用中定位相机视场的感兴趣区域。另外，楔形棱镜还能实现光束的衰减、整形和平移等。
光束衰减
ATT30系列激光衰减棱镜对使用熔融石英制作，通过两次菲涅尔反射衰减 zui 高 200 W的激光；如果棱镜 di 二 表面镀增透膜则 zui 高 应用功率降为50 W。下面的动态图展示了棱镜对的衰减光路。
棱镜对衰减不仅提供平坦的衰减曲线，而且通过两次相互补偿的反射保持光束的偏振、尺寸和形状，非常适合在光束分析之前进行衰减，包括偏振测量应用。下面两图展示了ATT30的安装特性和光路端口。因为大部分光通过两个透射端口逸出，所以这里要用收集筒终止高功率激光。
安装特性 光束衰减比
BSF2550楔形分束棱镜尺寸为1英寸x2英寸，使用未镀膜紫外熔融石英制作，通过连续的反射和折射将一束入射光分成多束光。5°顶角便于分离这些逐级衰减的光束，用于不同的实验和光束监控应用。
光束位移和整形
如果两个相同的楔形棱镜以上下相反的方向组合使用，那么沿光轴平移其中一个棱镜时，我们可以使光束产生确定的横向位移。
棱镜沿光轴平移，光束产生横向位移
两个楔形棱镜还能构造变形棱镜对，以放大因子m改变准直光束的轮廓。这种配置可用于将椭圆光束变成圆形光束。
简单的变形棱镜对包含两个相同的棱镜，而光束垂直入射。如下图所示，如果θ是光通过 di 一 个 棱镜的偏转角，α是棱镜顶角，而n是折射率，那么输入和输出光束尺寸比将是确定的。这种配置也叫布儒斯特望远镜，它只能用于单色应用，否则放大因子将有很大的色差。由于这种光束整形伴随着横向位移等问题，这可能使实际系统变得相对复杂。
ref: Handbook of Optical Systems, H. Gross
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