奧林巴斯顯微鏡棱鏡和分光鏡簡介

  棱鏡和分光鏡是折彎、 拆分、 反射和折光線通過的途徑的簡單和復雜的光學系統的基本組件。切削和研磨到具體公差和精確的角度，棱鏡是拋光的塊的玻璃或其他透明的材料，可以被用來轉移或偏離一束光，旋轉或圖像進行反相，不同的極化狀態，或分散成其組件波長的光。多棱鏡設計可以執行多個函數，其中往往包括改變的視線，同時縮短的光學路徑，從而減少大小的光學儀器。

顧名思義，利用分光鏡的同時讓剩下的人繼續在一條直線路徑重定向的一束光的部分。分光鏡可以很簡單，作為一個正方形或長方形玻璃涂有反光材料表或集成到復雜多元素光學組件表面涂層。*常見的分光鏡設計登記兩個直角棱鏡，并涂上直角三角形的斜邊產生一個半反射的表面，然后粘在一起形成一個多維數據集。當納入一個光學系統，光通過多維數據集的一部分被偏轉遇到的鏡像的界面之間的楔形棱鏡后成 90 度角。剩下的人穿過該多維數據集不偏執。除了能夠將一束光分成兩個組件，也可以利用分光鏡將兩束光或單獨的圖像合并成一個。

分光鏡和棱鏡不僅見于種類繁多的常見的光學儀器，如照相機、 望遠鏡、 顯微鏡、 望遠鏡、 潛望鏡、 測距儀、、 測量設備，但也在許多*的科學儀器包括干涉儀，分光光度計和熒光計。這些重要的光學工具都是需要嚴格控制光束方向的精確公差的散點圖或無用的反射光損失*小的激光應用的關鍵。圖 1 所示是一個典型的雙目顯微鏡觀察管配置圖。為了疏導進兩個目鏡由物鏡收集的光，它是*次除以分光鏡，然后通過反射棱鏡成平行圓柱光學光管道輸送。因此，雙目觀察筒采用棱鏡和分光鏡技術直接進入目鏡同等強度的光的光束。

棱鏡可以大致分為三類：反射棱鏡、偏光棱鏡和折射或色散棱鏡。前者可用于通過全內反射重定向光束，而后者可以被用來彎曲和光明分開成其組件的顏色。相比之下，偏光棱鏡是雙折射晶體分裂事件非極化光成分隔組件互相正交極化。這些棱鏡用于產生偏振光顯微鏡和旋光計等光學儀器。

鏡子常被用來折光束通過光學系統。棱鏡也可以完全相同的功能，只是反映內部表面的棱鏡行為作為硬性安裝鏡子與每個具有永久取向對所有其他人的臉。此功能是對設計師，有吸引力，因為一旦構建了一個棱鏡，它將保留取向參數，不偏離，需要在對*終的程序集，除了定位棱柱單元本身沒有作進一步的調整。取決于一束光的入口角，棱鏡可以折射光線或允許它進入不偏執和承受全內反射，提供折射率是充足和內部棱鏡角度有適當的幾何形狀。

反射棱鏡

由各種棱鏡設計顯示的角參數覆蓋寬色域的幾何形狀，極大地擴展的棱鏡作為戰略的光學組件是有益的。反射棱鏡往往旨在將設在特定方向平行和垂直于光軸的入口和出口的面孔在哪里。例如，直角棱鏡擁有一個 45 度的直角三角形的簡單幾何形狀 （見圖 2），是*常用的棱柱的重定向光和旋轉圖像之一。光波在一個垂直的角度進入一個小棱鏡臉 （或腿） 平行束被反映從直角三角形的斜邊 （*長） 臉和通過另一條腿退出。提供棱鏡由一種材料的折射率大于 2 （約 1.414） 的平方根，光將接受全內反射的玻璃/空氣邊界內部棱鏡時。

此功能使得棱鏡的鏡子，一個*的替代因為金屬或介電涂層的反射面，作為一個幾乎**的反射器上沒有要求。只有光散射和虧損的發生 （通常只有幾個 %） 是由于分鐘表面缺陷，通過棱鏡材料和反射棱鏡的入口和出口的雙腿在吸收。小心拋光的表面和腿適合抗反射涂層的應用將損失降到*低甚至這些小光。在這一方向，直角棱鏡作為圖像平面反射鏡的職務所產生的用左手右手的圖像，從圖像的頂面與逆變系統，反之亦然。注意在圖 2 (a) 已翻轉對齊標記的紅色旋鈕和存根 (stub) 末端，但左、 右兩邊保持在相同的位置。

所以，現在的光進入和退出的直角三角形的斜邊臉，通過調整直角棱鏡，生產非倒車鏡，如圖 2 (b) 所示。這束光在這種配置通常被稱為Porro棱鏡，經歷兩個內部反射后它進入棱鏡和 180 度，在退出時偏離。因此，圖像被倒置頂部到底部，但得不到扭轉右到左。當一個棱鏡利用這種方式時，它是常常提到的一個恒定偏差棱鏡因為事件和新出現的光線將是平行的無論在哪個燈的角度進入棱鏡。Porro 棱鏡經常受雇于傳統雙物鏡配置，它們在哪里翻了一番一起交到*次反相，然后反向的光束產生直立或直立的影像。雙棱鏡折疊光學系統的光路，也取代圖像水平和垂直的長度在每個方向直角三角形的斜邊的一半。雙目棱鏡通常制作與圓角，以減少重量和大小，并有一個小插槽切成直角三角形的斜邊臉阻撓內部反映在掠角度的光線。

第三個定位的直角棱鏡對入射光束 （圖 2(c)) 通常被稱為一個鴿子的棱鏡，這是有用的圖像旋轉。鴿子棱鏡往往有不必要的三角形先端部分刪除，既節省重量，減少雜散的內部反射。一束光線進入鴿子棱鏡平行于直角三角形的斜邊的臉，并在向更長的內部表面的*腿向下折射。后被完全反射的直角三角形的斜邊的臉，然后折射光再次因為它退出通過另一條腿的棱鏡，它在旅行之前進入棱鏡的同一方向進行的。因為鴿子棱鏡引入了大量的散光，當會聚光通過時，它是幾乎完全用平行光。鴿子棱鏡不會偏離或取代圖像，但它能被利用來反轉或反轉圖像。

雖然*眼看的鴿子棱鏡似乎是玻璃的色散 （由于這束光的角入口處) 的合適人選，光通過棱鏡的傳播是玻璃的實際上相當于通過板的圖像旋轉的邊際效益。一個有趣的效果的鴿子風格幾何結果作為棱鏡沿著縱向軸線旋轉。提出了一種在圖中的方向 2 (c)，光穿過鴿子棱鏡形式的圖像，是從頂向下倒，扭轉從右到左。然而，如果棱鏡是旋轉 45 度，由此產生的圖像旋轉 90 度，通過和旋轉棱鏡時另一個 45 度 （為 90 度，在被放置在其"一方"的效果，共），圖像現在旋轉 180 度。因此，圖像旋轉棱鏡兩倍的速度。在實踐中，兩個鴿子棱鏡經常粘在一起在直角三角形的斜邊 （后這些臉上放置一個鏡像的表面） 產生一個雙棱鏡與更改的望遠鏡、 潛望鏡，和其它光學儀器的視線方向的能力。

反射棱鏡可以表示為一個平面平行玻璃板或塊有的厚度，可以確定由展開棱柱圍繞其反射的表面，如圖 3 所示。展開的棱鏡中隧道圖的形式顯示，具有入口和出口的面孔長度相等的厚度。有了這個信息，表面厚度的棱鏡可以從折射率，方程表示的確定：

其中d是 （從展開棱鏡確定），玻璃厚度， n是折射指數。簡單的右角和 Porro 棱鏡的展開的棱鏡路徑介紹在圖 3 (a) 和圖 3 (b)，分別了。對于一個直角棱鏡，展開的厚度等于短的腿的長度 （通過了光線進入和退出該棱鏡）。展開一個棱鏡還將演示傳播過去的棱鏡的邊緣，而可以通過*大束大小。鴿子棱鏡隧道圖圖 3 (c)，所示，顯示了展開的折射光線路徑，因為他們會遍歷在入射光角度傾斜玻璃塊。請注意此配置僅在圖 3 中所經歷的事件和退出接口在折射棱鏡。光線進入鴿子棱鏡角進入需要高度的入口臉會受到基地 （直角三角形的斜邊或長臉） 的長度。展開光學系統的組件通常是*佳的方式來確定光是如何通過不同的光圈、 鏡頭和角導流板，并可以進行仔細的審查，以優化設計參數和效率。

全內反射的屋頂，組成的兩個表面定位在 90 度的角度，對另一個人，以取代直角棱鏡的直角三角形的斜邊臉收益率法庭棱鏡 （見圖 4(b))。另外屋頂的服務保持 90 度反演在用直角棱鏡，觀察到的圖像，但也將圖像旋轉 180 度圍繞光學軸。在屋頂的表面，通常會使他們能夠通過直角三角形的斜邊臉傳輸的角度的光線發生的事件經過交叉全內反射棱鏡。結果是劃分圖像的中心和轉置的左邊和右邊的部分。法庭棱鏡是弧的價格昂貴，難以制造因為屋頂角必須舉行到公差，2-4 秒，以避免雙重圖像偽影的產生。此外，屋頂元素的介紹的幾乎兩倍的方向垂直于屋頂邊緣，無論施工的精度會降低衍射極限分辨率。這個工件可以部分抵消多層涂層應用于表面。

另一個常見的設計、五棱鏡 （圖），沒有扭轉形象偏轉光線通過一個恒定的 90 度角 （此棱鏡應不混淆與更復雜五棱鏡用于單鏡頭反光照相機，它也使用屋脊棱鏡來產生直立的圖像）。如圖 4 (a) 所示，五棱鏡反射光角度不足以承受全內反射，因此需要薄外部鏡面涂層兩個內部表面。五角棱鏡通常被稱為光學廣場（如適用于測繪儀器），因為傳入的光束偏離了在相同的角度，無論對視線的棱鏡定位。菱形棱鏡構造形狀的平行四邊形來取代一束光或視線不影響形象定位的 （圖有賴于。棱鏡有兩個較小平行的反射表面 （腿），被砍成 45 度角向多長的長方形的身體。各種附加棱鏡的設計具有**的性質，主要圖像架設和反演，這使他們能夠在光學系統中執行特定的功能。有關進一步信息，讀者被指*文本在主體上。

偏光棱鏡

蘇格蘭物理學家尼科耳 William 首先制訂偏光棱鏡在 1828 年的對角切割礦物方解石 （冰洲石） 的菱體節、 拋光剪切的曲面，和固井他們回來與加拿大香脂。其結果是一個透明的雙折射晶體，稱為尼科耳棱鏡，哪個有效分隔在兩個水晶兩半之間的界面極化的光。進入后通過一個較小角度的雙腿 （平行于晶體的長軸） 棱鏡，非偏振光被分割成兩個偏振成分，被稱為平凡與不平凡的波浪，遍歷速度不同的晶體。兩個分離的光波也有其電矢量振動方向定位在與另一個 90 度角。當兩個水晶節之間的接口遇到失散的光波時，普通組件折射出多大的程度和一層黑色涂料應用于棱鏡的外表面被吸收。相比之下，非常光線穿過界面，從棱鏡略流離失所，但仍行駛，在一個平行于入射光的方向出現。由此產生平面偏振光可以用于照亮雙折射的標本，在顯微鏡或任何其他設備，需要投入的限于單一平面電場振動的光。

尼科耳棱鏡的共同變化包括格蘭福柯偏光片 （見圖 5(a))，組成的兩個相同的棱鏡方解石切斷與光軸平行的角落邊，和安裝與一個小的空氣間隙，這樣長的結晶面都平行于另一個。這種雙棱鏡是透明的從約 230 納米，在紫外區的頻譜，到*過 5000 納米紅外輻射的波長。這種波長傳輸范圍廣泛使格蘭福柯棱鏡的作用，在各種樂器中使用。像尼科耳棱鏡，入射光照射在格蘭福柯棱鏡被分成平行或垂直于光軸方向振動的平凡與不平凡的波浪。然而，在這種情況下，分裂光波通過無折射棱鏡直到他們遇到玻璃/空氣邊界，于是屏幕上的普通的射線完全反射，而非同尋常的光線穿過邊界只有輕微的偏差。

如果水晶兩半都粘在一起，棱鏡然后稱為格蘭-湯普森偏振片 （或棱鏡），并能承受較強的輻射，這樣的高強度激光源的。第三個折射棱鏡被稱為渥拉斯頓棱鏡，這實在是偏振分光鏡制成兩種方解石或石英節硬質合金與安置正交的光學軸 （圖 5(b))。偏振光通過渥拉斯頓棱鏡被分隔成正交的波浪，上文所述的其他偏光棱鏡。然而，當平凡與不平凡波遇到的對角水泥交界處，他們交換身份，被折射在不同的方向，和擺脫略流離失所者從另一個的棱鏡。偏差之間的角度 （通常被稱為剪切） 兩個退出光波是由楔角棱鏡，15 度到 45 度的不同而不同的決定。

幾種衍生物的格蘭風格棱鏡可以產生的改變對個別水晶兩半方解石或石英光學軸線的方向 （如圖 5 所示）。羅雄棱鏡 （圖 5(c)) 彼此正交軸的位置和安排是這樣非極化的入射光進入棱鏡平行于光軸 （和不分開）。當光波通過在洛匈棱鏡的交界處時，他們進入一個新的區域，定向為的垂直于海浪光軸方向在哪里。這會導致光要拆分成平凡與不平凡的組件，這些組件與普通波通過不偏執和非同尋常的波從垂直的折射。相反的場景可以取得與薩那棱鏡，也有*的水晶節面向平行入射光照到的軸。然而，當光波遇到薩那棱鏡中的邊界 （見圖 5(d))，在第二個一半的棱鏡允許光線通過不偏執，光學軸的方向卻折射出普通波。可以利用這些棱鏡來選擇為特定的光學應用偏振光的個體取向。

折射或分散棱鏡

在 17 世紀末由英國物理學家艾薩克 · 牛頓爵士進行了首次證明了折射和三棱鏡色散。牛頓發現白色的光被解剖分析成其組成顏色由一個等腰三角形的棱鏡有相等的邊和角。一般情況下，折射或分散棱鏡有兩個或更多面向以有利于折射，而不是反射入射光束的方式的平面表面。當光線撞擊表面的分散的棱鏡時，它折射而進入根據斯奈爾定律，然后穿過玻璃，直到達到第二個接口。再次，光線折射和從沿著一條新的路徑棱鏡出現 （見圖 6）。因為棱鏡改變光的傳播方向，波通過棱鏡據說是由一個特定的角度，可以非常精確地確定通過對棱鏡的幾何應用斯奈爾定律偏離。輕波進入可以使遍歷到基地平行的方向上的玻璃的光束角棱鏡時，偏向角*小化。

光產生的棱鏡量是材料的偏差的入射角、 棱鏡先端 （頂部） 角度來看，和折射率從其棱鏡材料的偏差的構造函數。由于棱鏡折射率值都增加，所以是光通過棱鏡的偏差角度。折射率是光的常常依賴于波長，用更短的波長 （藍色光） 被折射角度較大比長波長 （紅光）。這種變化與波長偏離角的被稱為色散，并負責牛頓觀察到 300 多年前的現象。

色散可以通過選擇特定的應用程序的適當折射率特性的眼鏡進行微調。一般情況下，各種玻璃配方的色散特性比較通過阿貝數，由測量的具體參考波長穿越玻璃的折射率。流行眼鏡棱鏡施工中利用阿貝數在表 1 中列出。正如從檢查表可以明顯看出，低阿貝數字指高色散功率，轉化為更大的角傳播中的新興的光光譜的顏色。

分散棱鏡的主要應用是光譜的分離波長，與譜分析與研究有關的領域。雖然曾經是棱鏡分光計和分光光度計的*的光學組件，衍射光柵現在命令這些文書中的主導作用。光柵產生線性色散的白色的光，而不是復雜的角度與波長關系由棱鏡展出。然而，棱鏡有幾個光柵，包括其增強的功率處理能力，沒有不需要更高的秩序衍射現象和低雜散光的優點。

棱鏡材料和制造

為了使棱鏡來執行在要求的規格，它應該從正確的玻璃配方制造，不受應變和內部缺陷。棱鏡的所有表面都必須完全平坦和地面到準確的角度 （雖然在一些棱鏡角度都比別人遠更重要） 偏離不*過 5 至 10 分鐘一般使用，但至為關鍵的應用程序，如屋頂棱鏡的只是幾秒鐘舉行。在角落的多余材料通常是刪除或斜切減少切削和開裂，盡量減少的重量和大小的棱鏡。外表面應保持清潔，*苛求的光學標準，通過應用漆清漆或鍍銀的表面，在適當情況下可以完成。在許多情況下，在壓制鬼魂形象產生的雜散的內部反射的表面研磨凹槽。

在棱鏡材料內的玻璃密度的變化可以產生圖像失真和改變玻璃的色散特性。以類似的方式，氣泡或外國碎片在玻璃中的可以產生衍射構件，減少光線的傳輸。眼鏡選擇的棱鏡施工的特點是其折射率、 色散和光傳輸特性。

分光鏡

分光鏡是一個常見的光學組件，能部分地傳送部分地反映了入射光束，通常在不相等的比例。除了光劃分任務，可以用分光鏡來重組兩個單獨的光束或圖像到單個路徑。分光鏡的*簡單配置是一種無涂層平板玻璃板 （如顯微鏡幻燈片），具有平均地表反射率約為 4%。當放在一個 45 度的角，板將傳輸的大部分光，但反映出少量在入射光束成 90 度角。板分光鏡，正如名稱所示，冠光學玻璃板具有設計生產所需的傳輸到反射比部分鍍銀的涂層。這些比率通常 50： 50 和 20:80，取決于應用程序之間會發生變化。

一般情況下，金屬或介電膜是*次表面沉積 （面對入射光照） 的分光鏡板塊，而增透膜適用于后面 （見圖 7）。減反射膜可以選擇相匹配光的入射角度，以盡量減少從背板的表面反射的光量和降低鬼魂形象的可能性。典型的抗反射涂層顯示只有約 0.5%反射率在入射角度為 45 度。介質膜也必須進行微調以產生適當的反射率、 偏振特性和波長分布在分光鏡為其設計的角度。因為介電性能和抗反射涂層有可以忽略不計的吸光度在可見光區域 （通常為 50/50 的分光鏡在 45 度的 0.5%），板分光鏡是理想的廣泛的應用。

分光鏡制作使用介質膜的*嚴重的后果之一就是不平等的透射和反射的p和s （平行和垂直） 極化組件非偏振入射光束。其結果是，一些介質分光鏡劃分不相等根據偏振內容，可以是不可取的在很多應用程序中的光。當使用介質膜，此工件經常改變入射光的偏振矢量方向規避。此外，可以通過利用的更復雜的多層薄膜介電涂層設計，但往往會損害其他性能方面減少的極化效應。

用偏振的激光光源入射輻射在那里必須保持其中透射和反射兩束光的偏振方向已經有了專門非偏振分光鏡涂料。該涂料可以有效地生成干凈各占一半的激光能量，無論入射光的偏振態。作為一方的優勢，非偏振的光入射到這些涂料具有兩個平行和垂直的組件，在傳輸幾乎相等的比率。此外可以設計板分光鏡作為 longpass 和 shortpass 邊緣濾波器 （當定位在一個 45 度角） 為應用程序要求特定波長的選擇。在 longpass 過濾器，轉交了長波長和短波長反射入射光成 90 度角。Shortpass 過濾器以逆向的方式行事 （傳輸短的波長和反映長波長）。分光鏡作為邊緣濾鏡通常被稱為分色或兩色鏡。

多維數據集分光鏡被捏造的膠結在一起的一對匹配的部分反射膜-直角棱鏡直角三角形的斜邊臉上存放到一個人的臉上棱鏡 （圖 8(a))。所有四個面孔的多維數據集分光鏡治療的抗反射涂層盡量減少鬼魂形象。為優化的結果，在入射光束應該輸入通過已經涂了反光膜，這樣前梁遇到用來粘合在一起的多維數據集的光學水泥, 發生反射棱鏡分光鏡。多維數據集分光鏡是比板分光鏡，更耐機械損傷和變形的主要是因為表面反射的受被夾在玻璃棱鏡。

板分光鏡有一些優勢時相比，多維數據集分光鏡，主要是缺乏光水泥附近介質或金屬膜，可以吸收光的能量，降低傳輸。因此，板分光鏡可承受輻射的水平明顯高于沒有遭受損害。單個玻璃板塊也是更小和更輕比雙棱鏡多維數據集，并可以更容易地安裝在狹小空間的緊湊型光學配置。

為多維數據集分光鏡*的涂料包括混合金屬-電介質薄膜，結合這兩種材料的好處。其結果是適度高效的寬帶分光鏡，通常吸收水平的 10%的非常小的偏振靈敏度。吸收損失間透射和反射的光束，幾乎同樣的劃分和偏振元件躺在彼此的 5 到 10%以內。其他寬帶的涂料有較低的吸收特性，但極極化敏感。全介質非偏光涂料是為在特定的波長，通常為激光應用的高性能設計的。

第三個重要類的分光鏡捏造的由高拉伸強度彈性膜 （如硝化纖維素） 像畫布繃在一個黑色陽極氧化扁平金屬框架。被稱為薄膜分光鏡 (圖 8(b))，2 和 10 微米，如此之薄它虛擬消除了鬼魂形象之間的膜厚度范圍。此外，光學畸變，如色度、 球面和散光都降到*低時相比板和多維數據集的分光鏡，極大地擴大使用光收斂和發散的可能性。未涂布的膜膜傳輸大約 92%的入射光在整個可見光和近紅外譜地區，但通常表現出令人無法接受的吸光度在紫外線。對于大多數應用程序，表膜膜涂有介質薄膜上面對入射光束的膜一面。這些分光鏡經常到的從鄰近的膜表面，導致的干擾工件的犧牲品，他們也可以受到聲學振動。表膜膜表面不應該觸及，可僅通過溫柔流動的空氣凈化。

帶孔分光鏡 (通常稱為的圓點分光鏡 ； 見圖 8(c)) 捏造涂一層薄薄的中大小固定的方孔鋁光玻璃基板。生成的曲面有"圓點"的外觀，這樣的名稱。通過認真調整光圈大小，可以操縱在穿孔分光鏡涂布到無涂層表面面積的比值，同樣將入射光束分成透射和反射兩部分。輕波遇到無涂層的表面的通過 （玻璃，輸給思考了幾個百分點) 雖然那些影響鋁涂層 （通常的 45 度角） 反映出來。穿孔的分光鏡在廣泛的角度，證明可以忽略不計的靈敏度和對于分裂光束發散、 寬帶輻射來源如汞弧或鹵鎢燈很有用。此外，網格模式顯示微不足道的衍射透射光束發散并不會出現兩極化的工件。這些篩選器也是有用的氘和氙燈，并且在單色儀，分光光度計和其他光學系統中找到的應用程序。

圓棱鏡具有平面表面微小的角度，相互之間的位置被稱為光楔，和使折射，而不是反射光偏轉。雖然楔形棱鏡在大自然中，他們可以操縱作為分光鏡或光束引導。在其中一個楔子轉移了入射光的角度取決于的入口和出口的面孔和用來制造平板玻璃的折射率之間的角度。楔 2 至 25 度之間的角度范圍及具有相應屈光度權力之間 2 和 20 厘米每米的距離從棱鏡折射光束的偏差。光折射后可以通過旋轉圓棱鏡控制通過對楔塊的方向 （見圖 9）。在許多情況下，兩個楔配對和光路在更大程度上在 360 度范圍內通過改變旋轉方向相反的楔子。楔形棱鏡作為多才多藝分光鏡，防止鬼魂形象，引導光束通過可調節的途徑在光學系統中。

棱鏡和分光鏡是顯微鏡觀察管，在那里他們采取行動來引導光從物鏡到目鏡或相機端口中的重要組成部分。在現代顯微鏡配備雙目目鏡管，棱鏡也被用來將視線方向從垂直更改為一個更方便的 45 度角。兩色分光鏡鏡子也是重要的熒光顯微鏡提供勵磁照明為標本，允許二次熒光阻斷反射的激發波長同時進入目鏡。其他光學儀器，如望遠鏡，發現作用域，并測量凌日也依賴于棱鏡和分光鏡履行其職能。