六、棱 镜

常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜。棱镜可以改变光的传播方向，使光发生色散等。

通过棱镜的光线 如图 1-26 所示，通过做实验或做光路图可以知道，从玻璃棱镜的一个侧面 AB 射入的光，从另一个侧面 AC 射出后，射出的方向跟射入的方向相比，明显地向着棱镜的底面偏折。这是因为光在棱镜的两个侧面上发生折射，每次折射都使光线向底面偏折的缘故。偏折角度θ跟棱镜材料的折射率有关①，折射率越大，偏折角度越大。

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图 1-26 光线通过棱镜后向底面偏折

光的色散 在初中我们就知道，一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带，这条彩色的光带叫做光谱。光谱中红光在最 上端（图 1-27），紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝等色光。这表明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同。红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大。

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图 1-27 棱镜使白光发生色散

不同色光通过棱镜后的偏折角度不同，表明棱镜材料对不同色光的折射率不同。红光的偏折角度小，表示棱镜材料对红光的折射率小。紫光的偏折角度大，表示棱镜材料对紫光的折射率大。下表是实验测得的冕牌玻璃对各种色光的折射率。

图 1-28 全反射棱镜

我们知道，介质的折射率等于光在真空中的速度跟在这种介质中的速度之比。各种色光在真空中的速度是一样的，都等于 c，它们在同一介质

（例如玻璃）中的折射率不同，表明它们在同一介质中的速度不同。红光的折射率比其他色光小，表明红光在介质中的速度比其他色光大。

全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。图 1- 28 中的等腰直角三角形 ABC 表示一个全反射棱镜的横截面，它的两个直角边 AB 和 BC 表示棱镜上两个互相垂直的镜面。如果光线垂直地射到 AB 面上，就会沿原来的方向射入棱镜，射到 AC 面上。由于入射角（45°）大于光从玻璃射入空气的临界角（42°），这条光线会在 AC 面上发生全反射， 沿着垂直于 BC 的方向从棱镜射出（图 l-28 甲）。如果光线垂直地射到 AC 面上（图 1-28 乙），沿原方向射入棱镜后，在 AB、BC 两个面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从 AC 面上射出。在光学仪器里，常用全反射棱镜来改变光的传播方向。图 1-29 是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。

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初看起来，全反射棱镜仅仅相当于一个平面镜，使用全反射棱镜的地方完全可以由平面镜替代，但实际上却不是这样。一般的平面镜都是在玻

璃的后表面镀银而成，我们前面讨论平面镜成像时，都是只考虑这个银面的反射。实际上，平面镜的前表面即玻璃表面也反射光线，从发光点 S 发出的光线，要经过玻璃表面和银面多次反射，所以点 S 会生成多个像（图1－30）。其中第一次被银面反射所生成的像（主像）最明亮，而其他的像则越来越暗，一般不会引人注意。但是对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，这些多余的像非除去不可，所以常用全反射棱镜。当然，如果在玻璃前表面镀银，不会产生多个像，但是前表面镀银，银面容易脱落。

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