[发明专利]棱镜光学与光学信息处理仪器

说明书

本发明总的涉及利用棱镜的光学系统和这种光学系统组成的光学信息处理系统，更具体地说，本发明涉及利用棱镜的光学系统，它适用于变换或修正二维分布的光束形状，以及利用该棱镜光学系统组成的光学信息处理仪。

作为修正、变换光束截面形状的光学系统，至今有熟知的两类：其一是利用一对共焦安置的圆柱形透镜，其光学系统的放大能力可以调整，这取决于圆柱透镜的焦长比（例如美国专利No.4203，652）另一种是采用三角棱镜的光学系统，由于棱镜的折射引起光束入射角与输出角之间的不同，基于此对光束的形状进行变换（例如美国专利No.4333173）本发明涉及对上述后一种光学系统的改进。

图1所示是光束经三角棱镜折射的情况、其光束是从三角棱镜的一面沿着斜向射入的，由图可见，空气与棱镜体之间边界上的入射角与输出角分别由θ₁与θ₂来表示：

由斯奈尔定律得知，下列关系成立

sinθ₁＝n·sinθ₂-（1）

其中n表示组成三角棱镜之材料的折射率。

进而，由折射引起的光束直径的放大比M由下式给定：

M＝D₂/D₁＝cosθ₂/cosθ₁-（2）

式中D₁与D₂分别表示入射光束与出射光束的直径。利用上述关系可 以实现光束形状的放大与变换。与棱镜倾斜面相对的另一面，光束是沿垂直于所述棱镜另一面的方向入射或出射的，（如图1所见），所以在倾斜面产生的光束直径放大比在所述另一面不改变。如上所述，当光束沿输出面法线方向离开棱镜时，下述参量存在如下关系：

θ-入射角;φ-顶角;n-折射系数;

M-光束直径的放大比M，假设M≥1，则有

s i n φ = M 2- 1M 2n 2- 1]]>

c o s θ 1=n 2- 1M 2n 2- 1]]>

对此，要注意的是，当光束直径的放大比M过大（例如大于或等于3时）在入射面处棱镜的反射系数就会变成太大而失去实用价值。为得以实现大的光束直径放大比，同时又避免发生上述问题，我们建议用折射率相同的材料组成多棱镜的棱镜系统，图2的例子表示采用一对棱镜1与2构成光学系统。

光束的波长保持常数时，上述关系式不变。然而，当波长变化时，组成三角棱镜介质的折射率承受变化，使光束的输出角θ₂产生相应的变化，继而对光学系统所配合使用的仪器与装置施加显著影响，造成很大的缺陷。光束波长的变化是由下述多种因素造成的，诸如光源（例如半导体激光器）发射的光波长的色散，随着时间流逝所发射波长的变化，环境湿度的变化，光输出能量的变化等等。

鉴于上述现有技术的现状，本发明的一个目的是为提供一种使用棱镜的光学系统以及包含该光学系统的光学信息处理仪器，这种光学系统克服了上述先有技术系统所存在的问题与缺陷，它在几何光学性质方面不会发生变化，与入射光束的波长变化无关。