反射鏡在各種各樣的系統中有很多的使用,尤其是在光學(xué)工作臺的設計當中。但是現在已有很多光學(xué)設計在原型設計階段轉向使用棱鏡。棱鏡的替代使用,可以減少準直工作量??s小系統的整體尺寸。當然反射鏡相比于棱鏡也有很多優(yōu)點(diǎn),到底使用反射鏡還是棱鏡很大程度上取決于設計的復雜度和設計目的,下面分別就反射鏡和棱鏡來(lái)簡(jiǎn)要介紹下。
使用反射鏡:
1. 當系統尺寸不是一個(gè)常數時(shí),可以使用反射鏡系統。
2. 對于系統工作波長(cháng)范圍內的光會(huì )被大部分種類(lèi)玻璃強烈吸收的時(shí)候,常使用反射鏡。
3. 對于高功率激光器,即便不會(huì )出現工作波長(cháng)被大部分種類(lèi)玻璃強烈吸收,而只是被部分吸收的情況下,由于玻璃中的任何氣泡或者摻雜物都會(huì )優(yōu)先吸收,從而有可能破壞棱鏡,這種情況下,也常使用反射鏡。
4. 在更關(guān)注靈活性這一系統參數的時(shí)候,也常常使用更加方便的反射鏡。
此外,使用反射鏡還可以減輕系統的重量。但是反射鏡設計的主要缺點(diǎn)在于反射鏡的固定、放置和準直較為麻煩,而且后續容易產(chǎn)生變化。而這恰恰是棱鏡的優(yōu)點(diǎn)。
在效率方面, 金屬膜反射鏡(通常是標準反射鏡鍍膜)有一個(gè)顯著(zhù)的效率損耗,標準的金屬反射鏡一般不會(huì )超過(guò)90%的效率,其余部分要么被散射了,要么被吸收了。當然,可以在反射鏡上鍍上某種特定的電介質(zhì)膜來(lái)適應某些特定的波長(cháng)從而獲得高反射的反射鏡,但會(huì )增加額外的費用。
使用棱鏡:
1. 棱鏡工作與反射鏡類(lèi)似,都是基于反射,作為一個(gè)單一元件,一個(gè)有適當容差值的棱鏡可以避免使用反射鏡過(guò)程中出現的固定、放置和準直問(wèn)題。如下圖,一個(gè)五角棱鏡,如果不考慮棱鏡與入射光的小準直誤差,五角棱鏡總是能將入射光偏轉90°。而根據反射定律,一個(gè)反射鏡的任何準直誤差都會(huì )加倍。
2. 棱鏡還可以用于衍射元件,一個(gè)單獨的楔形棱鏡可以使激光偏離一定的角度,一個(gè)楔形棱鏡對可以在一維平面內擴展激光束或者改變它的橢圓率。
但是,需要注意的是,當棱鏡的入射面或者出射面和入射光有一定角度的時(shí)候,都會(huì )產(chǎn)生像差。
在效率方面,當反射表面是干凈且沒(méi)有缺陷的時(shí)候,棱鏡內表面全反射的效率是100%,當然還存在棱鏡入射面和出射面上玻璃-空氣交界處的菲涅爾損耗,但是可以通過(guò)在棱鏡入射面和出射面上鍍增透膜來(lái)減少這一部分損耗。
棱鏡相比于反射鏡還要一點(diǎn)好處,當整個(gè)系統處于一個(gè)給定的均勻的溫度變化環(huán)境之中時(shí),整個(gè)棱鏡會(huì )整體地擴張或者縮小,對于整個(gè)光學(xué)系統來(lái)產(chǎn)生的影響較小,而當使用反射鏡的時(shí)候,由于反射鏡和固定反射鏡裝置由不同的金屬制成,所以會(huì )對溫度有不同的響應,從而相比棱鏡,對整個(gè)系統產(chǎn)生更多更差的影響。