Tài liệu: Lăng kính và bộ tách chùm tia

Lăng kính và bộ phân tách chùm tia là những thành phần chủ yếu bẻ cong, phân tách, phản xạ, và uốn khúc tia sáng qua đường truyền của cả quang hệ đơn giản và phức tạp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Lăng kính và bộ tách chùm tia Lăng kính và bộ tách chùm tia Lăng kính và bộ phân tách chùm tia là những thành phần chủ yếu bẻ cong,phân tách, phản xạ, và uốn khúc tia sáng qua đường truyền của cả quang hệ đơngiản và phức tạp. Được cắt và hàn với dung sai đặc biệt và góc chính xác, lăng kínhlà khối thủy tinh, hoặc chất liệu trong suốt khác, nhẵn bóng, có thể dùng làm uốncong hoặc làm lệch hướng chùm tia sáng, làm quay hoặc đảo ngược ảnh, phân táchcác trạng thái phân cực, hoặc làm tán sắc ánh sáng thành các bước sóng thànhphần của nó. Nhiều thiết kế lăng kính có thể thực hiện nhiều chức năng, thườngbao gồm việc làm thay đổi đường nhìn và đồng thời làm giảm quang trình, do đólàm giảm kích thước của dụng cụ quang. Giống như tên goi, bộ tách chùm được dùng để gởi trả lại một phần chùm tiasáng, đồng thời cho phép phần còn lại tiếp tục đi theo đường thẳng. Bộ tách chùmcó thể đơn giản là một bản thủy tinh hình vuông hoặc hình chữ nhật tráng mộtchất phản xạ, hoặc chúng có thể tích hợp dạng lớp phủ bề mặt trong những cơ cấuquang nhiều thành phần phức tạp. Bộ tách chùm phổ biến nhất sử dụng hai lăngkính góc vuông tráng ở cạnh huyền, tạo ra một bề mặt bán phản xạ, và rồi hàn lạivới nhau thành hình lập phương. Khi hợp nhất vào một quang hệ, một phần ánhsáng truyền qua khối bị lệch góc 90 độ khi chạm phải ranh giới tráng gương giữahai lăng kính hình nêm. Phần còn lại truyền qua khối không bị lệch. Ngoài việc cóthể chia chùm tia sáng thành hai thành phần, bộ tách chùm cũng có thể được dùngđể kết hợp hai chùm tia sáng hoặc các ảnh tách rời thành một. Bộ tách chùm và lăng kính không chỉ có mặt trong những thiết bị quangthông dụng đa dạng, như camera, ống nhòm, kính hiển vi, kính thiên văn, kính tiềmvọng, và thiết bị phẫu thuật, mà còn có mặt trong nhiều thiết bị khoa học phức tạp,như giao thoa kế, máy đo ảnh phổ, và huỳnh quang kế. Cả hai công cụ quang quantrọng này đều cần thiết cho các ứng dụng laser yêu cầu điều khiển chặt chẽhướng chùm tia đến dung sai chính xác, với lượng ánh sáng bị thất thoát do tán xạvà phản xạ không mong muốn ít nhất. Minh họa trong hình 1 là sơ đồ cấu tạo ốngquan sát của kính hiển vi hai mắt nhìn điển hình. Để làm lệch ánh sáng do vật kínhthu thập vào cả hai thị kính, trước tiên phải chia ánh sáng ra bằng bộ tách chùm,rồi hướng chúng qua lăng kính phản xạ vào ống dẫn sáng hình trụ song song. Nhưvậy, ống quan sát hai mắt nhìn sử dụng cả kĩ thuật lăng kính và bộ tách chùm để láicác chùm tia sáng có cường độ bằng nhau vào các thị kính. Lăng kính có thể tạm chia thành ba loại chính: lăng kính phản xạ, lăng kínhphân cực, và lăng kính khúc xạ hoặc tán sắc. Loại thứ nhất được dùng để gởi lạichùm tia sáng bằng sự phản xạ nội toàn phần, còn loại thứ ba có thể dùng để bẻcong và tách ánh sáng thành các màu thành phần của nó. Ngược lại, lăng kính phâncực là tinh thể lưỡng chiết chia ánh sáng tới chưa phân cực thành các thành phầnriêng biệt trực giao lẫn nhau. Lăng kính này được dùng để tạo ra ánh sáng phâncực cho các quang cụ như kính hiển vi và máy đo phân cực. Gương thường được sử dụng nhằm làm gấp khúc ánh sáng qua một quanghệ. Lăng kính cũng có thể đóng vai trò tương tự, trừ khi bề mặt phản xạ nội củalăng kính xử sự như các gương ghép chặt với nhau với mỗi mặt có sự định hướngcố định đối với nhau. Đặc điểm này hấp dẫn các nhà chế tạo, vì một khi lăng kínhđược chế tạo, nó sẽ giữ được các thông số định hướng không bị lệch và không yêucầu điều chỉnh thêm trong cơ cấu cuối cùng, trừ khi lăng kính tự nó định vị. Tùytheo góc tới của chùm tia sáng, lăng kính có thể khúc xạ ánh sáng hoặc cho phép nóđi vào không bị lệch và chịu sự phản xạ nội toàn phần, nếu như chiết suất đủ lớn vàgóc nội lăng kính có dạng hình học thích hợp. Lăng kính phản xạ Các thông số góc biểu hiện bởi lăng kính rất phong phú dẫn tới việc mở rộngbất ngờ công dụng của lăng kính như là những thành phần quang chiến lược. Lăngkính phản xạ thường được thiết kế để đặt ở những định hướng đặc biệt, trong đómặt đến và mặt ra vừa vuông góc vừa song song với trục quang. Ví dụ, lăng kínhgóc vuông có hình học đơn giản của tam giác vuông 45 độ (xem hình 2) và là mộttrong những lăng kính được sử dụng phổ biến nhất cho việc lái ánh sáng và làmquay ảnh. Một bó sóng ánh sáng song song đi vào một trong hai mặt nhỏ (hoặcchân) của lăng kính ở góc vuông, bị phản xạ từ mặt cạnh huyền (dài nhất) và đi raqua chân bên kia. Nếu lăng kính được chế tạo từ chất liệu có chiết suất lớn hơn cănbậc hai của 2 (khoảng 1,414), thì ánh sáng sẽ chịu sự phản xạ nội toàn phần tạiranh giới thủy tinh/không khí khi đi trong lăng kính. Đặc điểm này khi ến lăng kính trở thành vật thay thế hấp dẫn cho gương, vìkhông yêu cầu tráng kim loại hay chất lưỡng cực lên mặt phản xạ, đóng vai trò bộphản xạ gần như hoàn hảo. Sự tán xạ và thất thoát ánh sáng duy nhất xảy ra(thường chỉ vài phần trăm) là do khi ếm khuyết nhỏ của bề mặt, sự hấp thụ bởichất làm lăng kính, và sự phản xạ tại chân vào và chân ra của lăng kính. Sự màinhẵn tỉ mỉ bề mặt và áp dụng chất phủ chống phản xạ thích hợp cho các chân sẽlàm giảm tối thiểu những sự thất thoát ánh sáng thứ yếu này. Theo định hướng này,lăng kính góc vuông hoạt động như một hệ đảo ảnh với mặt trên thực hiện nhiệmvụ của gương phẳng bằng cách tạo ra ảnh nghịch từ ảnh thuận, và ngược lại. Chú ýtrong hình 2a là quả đấm màu đỏ và đầu định hướng dưới đã quay đi, còn mặt tráivà phải vẫn ở vị trí cũ. Định hướng lại lăng kính góc vuông, sao cho bây giờ ánh sáng đi vào và đi raqua mặt cạnh huyền, tạo thành gương không đảo chiều, như minh họa trong hình 2.Thường được gọi là lăng kính Porro, chùm tia sáng trong cấu hình này chịu hai sựphản xạ nội sau khi nó đi vào lăng kính và bị lệch 180 độ khi đi ra. Kết quả là ảnh bịlộn ngược trên xuống dưới, nhưng không đảo trái sang phải. Khi lăng kính đượcdùng theo kiểu này, nó thường được gọi ...