13、光学系统中的反射镜、棱镜与近轴光线追迹

光学系统中的反射镜、棱镜与近轴光线追迹

在光学系统的设计与分析中，反射镜、棱镜以及光线追迹是非常重要的概念和方法。下面我们将详细探讨这些内容。

反射镜与棱镜的特性

• 多夫棱镜（Dove Prism）特性
  多夫棱镜具有一个很有用的特性，当棱镜绕其外部光线传播方向的轴旋转时，反转的图像会以两倍于棱镜旋转角度的角度旋转。这一特性在许多光学系统中有着独特的应用。
• 棱镜组合与图像取向
  存在众多的棱镜组合形式。通过在脑海中模拟光线穿过各个棱镜的路径来确定最终图像的取向，有助于检验我们对图像取向的理解。在很多情况下，单个反射镜表面会被屋脊（两个成直角的反射镜）所取代，例如阿米西棱镜（Amici prism），这样可以消除（或者添加，取决于视角）光学系统中的一次反转。

光线的重新定向方法

• 平行平板——光束或图像位移器
  除了棱镜和反射镜，让光线穿过具有平行表面的玻璃板是一种简单的重新定向光线的方法，尤其适用于小位移的情况。
  • 光线垂直入射 ：当光线垂直于平板表面入射时，唯一的效果是使光程增加$(n - 1)d$，其中$n$是平板的折射率，$d$是其厚度。
  • 光线斜入射 ：即使光线以一定角度入射到平板上，根据斯涅尔定律（Snell’s Law），光线出射时仍会与原方向平行，但会发生横向位移$\delta$。对于小入射角$\theta$（$\s