直角稜鏡與等邊稜鏡的實用比較

快速解答

選擇 直角稜鏡 當您需要將光束折彎 90° 或返回 180° 且損耗最小時；全內反射無需鍍膜即可完成。選擇 等邊稜鏡 當您需要將白光分散成光譜或測量折射率時。這兩者不可互換：一個控制光束方向，另一個控制波長分離。

每個稜鏡如何彎曲光線

直角稜鏡有兩個 45° 的面和一個 90° 的面。光線垂直進入一個直角邊後，以 45° 的角度射向斜邊，此角度超過典型光學玻璃的臨界角，因此光束會內部反射，並以相對於入射方向 90° 的角度射出。如果改從斜邊入射，光束會以 180° 的角度返回，這對於回射或干涉儀臂非常有用。由於全反射依賴玻璃與空氣的介面，因此不需要反射鍍膜，這能保持低損耗，並避免在高功率路徑中鍍膜受損。

等邊稜鏡有三個相等的 60° 角。光線從一個面入射後折射，穿過玻璃，再從另一個面射出。由於折射率隨波長而變化，藍光比紅光彎曲得更厲害，這就是色散，也是將白光分離成光譜的原理。偏向角取決於稜鏡的折射率和入射角；在最小偏向角時，光束路徑對稱，光譜最清晰，適合測量。

偏差角及其對對齊的意義

對於直角稜鏡，偏差角由幾何形狀固定：90° 或 180°，取決於使用的面。這種可預測性使對齊變得簡單——一旦稜鏡與入射光束成直角，輸出方向即已設定。對於等邊稜鏡，偏差會隨波長和入射角而變化，因此不能將其視為簡單的折疊鏡。您必須一起規劃入射角以及偵測器或狹縫的位置，並且可能需要旋轉平台來調整輸出。

如果您的設定已有嚴格的機械限制，直角稜鏡的固定偏差更容易設計。如果您正在建構光譜儀或需要表徵材料的色散，等邊稜鏡的可變偏差正是其目的，而非缺點。

表面品質與材料選擇

直角稜鏡通常以表面精度和刮痕等級來規格化，因為斜邊必須足夠平坦，才能在不散射的情況下支援全反射。斜邊表面品質不佳會散射光線，並可能降低成像或計量系統的對比度。等邊稜鏡的規格方式類似，但關鍵面是兩個折射面；其拋光品質會影響通量與光譜解析度。在兩種情況下，更精細的刮痕等級意味著更少的雜散光，這在低訊號應用中比在簡單的光束轉向中更為重要。

材料的選擇也很重要。N-BK7 常用於可見光和近紅外線工作，因為它成本效益高且透光性良好。當需要熱穩定性或紫外線透射時，則選擇熔融石英。如果您的應用涵蓋廣泛的溫度範圍，熔融石英較低的熱膨脹有助於保持對準穩定，但成本較高，且對於工作台上的設置可能並非必要。

實際安裝與操作上的差異

直角稜鏡體積緊湊，可安裝在單一表面上，簡化了支架並減少了調整次數。等邊稜鏡通常安裝在旋轉台上，以便設定最小偏向角的入射角或掃描光譜。這個額外的自由度增加了對準時間，但讓您能控制色散。

兩者的處理方式類似：請握住邊緣、戴上手套，並僅在必要時使用適當的光學級用品進行清潔。避免觸碰斜邊或折射面，因為皮膚油脂會降低透射率，且難以在不損傷拋光面的情況下清除。

優缺點一覽

• 光束轉向 vs. 色散： 直角稜鏡利用全內反射將光束以固定角度 90° 或 180° 重新導向。等邊稜鏡則透過色散分離波長，其偏向角取決於波長與入射角。 如果您的目標是引導光線，請選擇直角稜鏡；如果您的目標是分析或分離波長，請選擇等邊稜鏡。
• 對準複雜度： 直角稜鏡只需與輸入光束對準成直角，即可獲得可預測的輸出。等邊稜鏡通常需要旋轉平台，並仔細放置偵測器或狹縫，以捕捉所需的波長範圍。 為等邊稜鏡預留更多對準時間，尤其是當您需要最小偏向角時。
• 表面品質的影響： 對於直角稜鏡，斜邊的平坦度與刮痕-崩邊會影響全反射效率。對於等邊稜鏡，兩個折射面會影響吞吐量與光譜純度。 當雜散光或低訊號是考量重點時，請指定更嚴格的刮痕-崩邊規格；對於簡單的光束折疊，標準品質通常就已足夠。

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哪種稜鏡適合您的配置？

最適合用於

• 在緊湊型儀器中將光束折疊 90°，且偏好無鍍膜的全反射。
• 在干涉儀或對準設置中，將光束反射 180°。
• 適用於固定且可預測的偏轉角可簡化機械設計的應用。

不適用於

• 將白光分離成光譜或測量色散——請改用等邊稜鏡。
• 在不旋轉稜鏡的情況下連續調整輸出角度——使用旋轉平台上的等邊稜鏡更靈活。
• 高色散光譜學，其中繞射光柵可提供更高的解析度。