3.3 反射棱镜解析

反射棱镜原理
反射棱镜原理是一种光学原理，利用棱镜的表面折射和内部反射特性来使光线发生偏折和反射。

棱镜是由一系列平面或非平面的多边形面构成的光学元件。

在光线入射到棱镜表面时，根据折射定律，光线会发生折射现象，即光线从一种介质进入另一种介质时，其传播方向会发生改变。

不同类型的棱镜会根据其形状和材料的折射指数，使光线发生不同程度的折射。

当光线通过棱镜后，它们会在棱镜内部发生多次反射。

这是因为光线在从高折射率介质进入低折射率介质时，会发生总反射现象，即光线无法完全穿透介质界面，而是全部反射回高折射率介质。

这个过程被称为内部反射。

通过合理设计棱镜的形状和角度，可以实现光线的反射和偏折。

常见的反射棱镜有三角棱镜、正六棱镜、倒置棱镜等，它们都具有特定的工作原理和应用。

例如，在激光技术中，反射棱镜常用于激光束的偏转和分束。

总之，反射棱镜利用折射和内部反射的原理，能够使光线发生偏折和反射，为光学器件的设计和光路控制提供了重要的工具。

这种原理在光学、激光和通信等领域都有广泛的应用。

§3.4反射棱镜
•特点：
Ø用于改变光的传播方向
Ø能量消耗减少，保证相对位置的稳定可靠
采用全反射或镀膜
Ø反射棱镜中，反射面的成像性质和平面镜相同，成理想像Ø由于在入射、出射面有两次折射，对成像质量有一定影响二分类
•基本依据：反射定律
•对具有单一主截面的系统
设物的坐标为oxyz,为右手坐标系，oz光轴方向，ox在主截面内的方向，oy垂直于主截面的方向
①o’z’光轴方向按反射定律定出
②垂直于主截面的o’y’视屋脊面个数而定，没有或偶数个，则同向，奇数个，方向
③主截面内o’x’视反射系统的反射次数而定，奇数次反射成镜像，偶数次反射物象一致。

具体定时，先将光轴方向定出，然后按是镜像还是相似像按左右手定出
•对具有两相互垂直的主截面系统
先求出一个主截面内的，然后再求出另一主截面内的，但要注意，此时坐标所代表的方向（垂直、平行主截面），已发生变化，要按变化了的求之
•棱镜外形尺寸计算
Ø确定入射面通光孔径D，则L定，也即等效玻璃板厚度
•平面镜棱镜系统和共轴球面系统的组合
Ø如果系统中有棱镜，则相当于除了平面镜外，在系统中另外加入了一块平行玻璃板Ø必须考虑平行玻璃板产生的像面位移
Ø各透镜组之间的间隔应等于共轴球面系统的原有间隔加上棱镜所引起的像平面位移。

全反射棱镜知识点总结一、全反射棱镜的基本原理1.1 折射和反射当光线从一种介质射向另一种介质时，会发生折射现象。

折射定律描述了入射角和折射角之间的关系，即$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$，其中$n_1$和$n_2$分别是两种介质的折射率，$\theta_1$和$\theta_2$分别是入射角和折射角。

另外，当光线从一种介质射向另一种介质时，一部分光线会被反射回原介质。

反射定律描述了入射角和反射角之间的关系，即入射角等于反射角。

1.2 全反射当光线从折射率较高的介质射向折射率较低的介质，并且入射角大于临界角时，会发生全反射现象。

全反射是在光线由光密介质射向光疏介质时，由于折射率的差异，光线无法进入光疏介质，而全部反射回光密介质的现象。

1.3 全反射棱镜的原理全反射棱镜利用全反射现象，将光线高效地折射和反射，从而实现光的分离和聚焦。

全反射棱镜的结构通常由一块折射率较高的材料制成，并且通过一定的结构设计，使得光线在入射时发生全反射，从而实现光的控制和调节。

二、全反射棱镜的结构与特点2.1 结构全反射棱镜通常由一块折射率较高的材料制成，常见的材料包括玻璃、晶体、有机玻璃等。

全反射棱镜的表面通常经过精密加工，以保证光线的高效折射和反射。

此外，全反射棱镜的形状和尺寸也会根据实际应用进行设计和制造，以满足特定的光学要求。

2.2 特点全反射棱镜具有优良的光学性能和稳定的折射率，能够将光线高效地折射和反射。

此外，全反射棱镜还具有结构简单、制造工艺成熟、使用稳定等特点，适用于多种光学仪器和系统中。

同时，全反射棱镜还可以根据实际需要进行组合和布置，以实现更复杂的光学功能。

2.3 应用领域全反射棱镜在分光仪、光谱仪、激光器和其他光学仪器中得到了广泛的应用。

在分光仪中，全反射棱镜可以将光线分离成不同波长的光谱线，从而实现光谱分析和检测；在激光器中，全反射棱镜可以实现对激光光束的调控和控制；在其他光学仪器中，全反射棱镜还可以用于光学成像、光学通信、激光加工等领域。

第三章 棱镜和棱镜和反射镜反射镜棱镜是光学系统中最常用的光学元件之一，它是由平面围成的光学单元，如图 3.1.1 (a)和 (b) 所示。

按照它们的应用领域可分为两大类。

1) 在光谱仪器类中，棱镜的作用是使光发生色散，也就是说把不同波长的光分散开。

这类棱镜通常称为光谱棱镜；2) 在绝大多数光学仪器中，特别是在成像仪器中所使用的棱镜主要利用光的反射来使光束平移、偏折或改变方向，或者使像的正倒发生改变，如图3.1.1 (b) 所示。

很显然，成像仪器中的棱镜和光谱仪器中的棱镜作用是不同的，前者需要尽量减少或消除光的色散而后者则充分利用棱镜的色散特性。

表面为平面的反射镜除了不具备使光色散的能力之外，它和棱镜的作用基本相同，用作使光束位移、偏折和改变方向，以及改变图像的正倒关系。

为了使入射到反射镜的光尽可能多地反射，必须在其基底材料 (抛光的玻璃或金属表面) 上镀以铝膜或银膜，反射率可达到90％或更高。

然而随着时间的推移，铝层和银层将会逐渐老化，反射率也要随之降低。

而反射棱镜则不同，大多数棱镜的反射面将使光发生全反射，理论上的反射率为100％。

这就不存在反射面的老化问题。

有的棱镜的反射面不符合全反射的条件，同样也需要镀反射膜，这样的膜层也会存在老化问题。

当然，棱镜也有缺点，由于光束在棱镜中要传播一定的长度，对棱镜材料的均匀性和光吸收要求很严格．否则会引起光程差，降低以像质量，引起光能损失等。

另外，与反射镜相比，棱镜的体积较大，重量较重，相应地，成本也会增加。

因此在应用时，要根据实际情况，权衡利弊，合理地选择棱镜和反射镜。

通常，当要求反射的光束口径较大时，最好选择反射镜。

反射光束的口径较小时，最好选择棱镜，因为大尺寸、高质量的棱镜材料很难挑选，即使找到了，成本也很高。

当然，这只是一般的情况，在进行光学设计时，要根据具体情况具体分析。

比如有时出于调控和稳定性考虑，虽然体积大些，也要选择棱镜。

3.1 色散棱镜图3.1.l (a) 是一个典型的色散棱镜。

§3.3 反射棱镜反射棱镜：将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件。

作用：折转光路、转像、倒像和扫描等一、名词解释棱镜的光轴：棱镜光轴为折线。

光轴的折射次数=棱镜反射面数棱：工作面间的交线。

主截面：垂直于棱线的平面。

光轴位于主截面内——光轴截面二、反射棱镜的类型四类：简单棱镜、屋脊棱镜、立方角锥棱镜和复合棱镜。

1.简单棱镜1）一次反射棱镜简单棱镜，在主截面内的坐标改变方向，垂直于主截面的坐标不改变方向，而O’Z’始终沿出射光轴方向2).二次反射棱镜（相当于一个双面镜）其出射光线与入射光线的夹角取决于两反射面的夹角，像与物一致，不存在镜像。

2．屋脊棱镜3．立方角锥棱镜重要特性：光线以任意方向从底面入射，出射光线始终平行于入射光线。

当棱镜绕其顶点旋转时，出射光线方向不变，仅产生一个位移。

4．棱镜的组合一复合棱镜1）分光棱镜2) 分色棱镜：主要用于彩色电视摄影机中。

3）转像棱镜主要特点：出射光轴与入射光轴平行，实现完全倒像，并能折叠很长的光路在棱镜中，可用于望远镜系统中实现倒像。

4）双像棱镜三、棱镜系统的成像方向判断判断原则：1．O’Z’坐标轴和光轴的出射方向一致。

2．垂直于主截面的坐标轴o’y’视屋脊面的个数而定，如果有奇数个屋脊面，则其像坐标轴方向与物坐标轴oy方向相反；没有屋脊面或屋脊面个数为偶数，则像坐标轴方向与物坐标轴方向一致。

3．平行于主截面的坐标轴o’x’的方向视反射面个数（屋脊面算二个反射面）而定。

如果物坐标系为右手坐标系，当反射面个数为偶数时，O’X’坐标轴按右手坐标系确定；而当反射面个数为奇数时，O’X’坐标轴依左手坐标系确定。

四、反射棱镜的等效作用与展开1、等效作用与展开方法：棱镜的等效作用：平面镜+平行平板棱镜展开方法：在棱镜上截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线为轴，依次使上截面翻转180°，便可得到棱镜的等效平行平板。

2、棱镜等效平板厚度L的计算：L＝KD1）直角棱镜对于一次反射的直角棱镜，其光轴长度和结构参数KL＝D，K＝1对于二次反射直角棱镜（如图3-21a所示）L＝2D，K＝22)道威棱镜等效平行平板的厚度为（光轴不垂直于入射面和折射面）3)五角棱镜由可知，其光轴长度和结构参数分别为4）等腰棱镜设棱镜的顶角为β，L=D tgα=D ctg（β/2），K＝ctg(β／2）。

三角棱镜反射原理
三角棱镜反射原理
三角棱镜是由三个平面镜子组成的棱柱体，在光学领域有着广泛的应用。

它可以利用反射原理将光线反射，从而将入射光线转向不同的方向。

三角棱镜反射原理的应用非常广泛，例如在电子显微镜、望远镜、激光、光纤通信等方面都有着重要的作用。

三角棱镜反射原理的原理是利用光的反射特性，使得入射光线经过三
次反射后，最终被反射到不同的方向。

假设有一束入射光线，经过第
一次反射后被反射成一个新的光线，然后再次经过反射，形成另外一
个光线。

最后，这个光线经过第三次反射后，形成一个最终的反射光线。

三角棱镜反射原理的基本特点是利用了光的入射角度等于反射角度的
特性进行反射。

在三角棱镜中，每个光线都遵循这个入射角度等于反
射角度的规则。

因此，利用三角棱镜反射光线可以得到单色光，这是
因为在三角棱镜中，光的不同波长会沿不同的光程走向，最终形成不
同的颜色。

对于三角棱镜反射原理的应用，例如在光纤通信中，光线需要被反射
多次才能够沿着光纤传播。

这就需要用到反射率高的三角棱镜来完成反射，保证光线不会被损失。

在光学领域的另一种应用是望远镜，望远镜的多层反射镜组合起来构成了三角棱镜，以实现更好的像质。

激光技术也是用到了三角棱镜反射原理，通过多次反射使得光线更加聚焦，提高激光效能。

总之，三角棱镜反射原理是利用光的反射特性，在不同领域里有广泛的应用。

通过多层反射完成对光线的引导，并达到保持光线的高质量的目的，是光学领域研究的重要方向。