折射棱镜(refracting prism)——光楔(optical wedge)

折射棱镜(refracting prism)——光楔(optical wedge)

一、折射棱镜(refracting prism)

光线通过折射棱镜的情况如下图所示.

折射棱镜的两工作面间的夹角α称为折射棱镜的折射角.

称出射光线与入射光线的夹角δ为折射棱镜的偏向角,其正负规定为:以锐角度量,由入射光线转向出射光线,顺时针为正,逆时针为负.

二、对于折射角非常小的棱镜,称之为光楔(optical wedge).如下图所示.

由于这个楔角很小,可近似看作平行平板,这样就可认为I1‘=I2,I1=I2’,

同时,α和δ都很小,可用其弧度值代替正弦值,那么偏向角表达式可化为

δ=[(n*cosI1'/cosI1)-1]*α

特别地,当光线垂直入射或入射角很小时,其余弦值可近似认为是1,这是δ=(n-1)*α

这说明,此时的偏向角仅取决于光楔的楔角和折射率.

光楔的一大用处就是测量微小的角度和位移.

先说角度,对于几种特殊的形式如下图所示.

两光楔的直角边面平行放置,如上图所示.

若楔角同测在上,则产生最大楔角δ=2(n-1)α

若楔角异侧,则整体上无楔角,相当于平行平板,这时偏向角为零.

若楔角同侧在下,则产生反向最大偏角δ=-2(n-1)α

这三种情况相当于将两光楔以光轴为轴,转动形成的.对于更一般的情况,当两光楔相对旋转,其中一个逆时针旋转ϕ角,另一个顺时针旋转ϕ角(即相对旋转 2ϕ角),则两光楔产生的总偏向角为δ=2(n-1)α*cosϕ

这就是说,两光楔每相对旋转360度,总偏向角就会从2(n-1)α到-2(n-1)α

这就将微小偏向角δ转换为大旋转角度ϕ,这样就方便读数,从而实现微小角度的测量.

而对于微小位移的测量,可根据如下原理.如下图所示,两光楔的斜边面相对平行放置.

当两光楔贴合时,它们是一体的,相当于一块平行平板,光线垂直入射,路径沿直线不发生改变.而如果它们不贴合,产生一段空隙,以沿光轴的距离度量,空隙为 Δz,则整体的出射光会产生位移Δy=δz(n-1)α

这就可以将微小的位移 Δy转换成较大的位移Δz来读数,从而实现微小位移的测量.

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