Lăng Kính Hình Nêm – Wedge Prism – Điều Chỉnh Góc Lệch Tia Sáng Chính Xác Trong Hệ Quang Học

Lăng kính hình nêm (Wedge Prism) là loại lăng kính quang học có hai mặt phẳng không song song, tạo thành một góc nêm nhỏ (wedge angle). Cấu trúc tưởng đơn giản nhưng lại đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc dịch chuyển chùm tia (beam steering), bù sai lệch quang học, tạo góc quét laser, và điều chỉnh hướng tia sáng trong các hệ thống chính xác cao.

Đây là một trong những linh kiện quang học thông dụng nhất trong các thiết bị đo lường, cảm biến, laser alignment, máy phân tích quang phổ, optical communication và nhiều hệ quang phức tạp.

1. Lăng kính hình nêm là gì?

Lăng kính hình nêm là một tấm thủy tinh quang học có hai mặt phẳng tạo với nhau một góc nêm (thường nhỏ, 1°–5°). Khi ánh sáng đi qua, tia sẽ bị lệch một góc nhất định phụ thuộc vào:

• Chỉ số khúc xạ của vật liệu

• Độ dày

• Góc nêm

• Bước sóng ánh sáng

Dù cấu tạo đơn giản hơn nhiều so với lăng kính tam giác hay lăng kính ngũ giác, wedge prism lại được sử dụng trong rất nhiều hệ quang học cần điều chỉnh đường tia tinh vi và linh hoạt.

2. Cấu tạo và vật liệu sản xuất

Lăng kính hình nêm có 2 mặt phẳng:

1. Mặt vào (Entrance Surface)

2. Mặt ra (Exit Surface) – được nghiêng một góc nhỏ so với mặt vào.

Vật liệu phổ biến:

BK7 và fused silica là 2 lựa chọn phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam nhờ giá tốt và dễ gia công.

3. Nguyên lý hoạt động của lăng kính hình nêm

Wedge prism hoạt động dựa trên hiện tượng khúc xạ:

• Khi tia sáng đi vào, do hai mặt không song song ⇒ chùm tia bị lệch một góc.

• Góc lệch phụ thuộc tuyến tính vào góc nêm ⇒ dễ điều chỉnh theo nhu cầu.

• Nếu sử dụng hai lăng kính hình nêm ghép đôi (Risley Prisms), có thể tạo góc quét 2D, rất phổ biến trong laser scanning.

Ưu điểm kỹ thuật:

• Dễ tinh chỉnh góc lệch

• Ít tán sắc hơn lăng kính tam giác

• Không gây lật ảnh

• Kích thước gọn nhẹ, linh hoạt

4. Các loại lăng kính hình nêm

4.1. Wedge Prism tiêu chuẩn

• Góc nêm 0.5°–10°

• Dùng để dịch tia đơn giản, căn chỉnh laser, bù tâm chùm tia.

4.2. Optical Window dạng Wedge

• Là cửa sổ quang học nhưng mài nghiêng một góc nhỏ để:

  • Tránh phản xạ ngược về nguồn laser

  • Giảm ghost image

  • Bảo vệ hệ quang công suất cao

4.3. Risley Prisms (Dual-Wedge Pair)

• Hai wedge ghép quay độc lập

• Tạo scanning 2D

• Dùng trong: LIDAR, laser show, laser steering

5. Thông số kỹ thuật quan trọng

5.1. Wedge Angle (Góc nêm)

• Thông số quan trọng nhất: 0.5° – 5° (phổ biến)

• Góc càng lớn ⇒ độ lệch tia càng nhiều

5.2. Surface Flatness (Độ phẳng bề mặt)

• λ/2

• λ/4 (chuẩn công nghiệp)

• λ/10 (chuẩn laser)

5.3. Surface Quality (Scratch–Dig)

• 60/40: thiết bị công nghiệp

• 40/20: thiết bị phòng lab

• 20/10: laser – high precision

5.4. AR Coating (Anti-Reflection)

• AR@405 nm

• AR@532 nm

• [email protected] nm

• AR VIS 400–700 nm

• AR NIR 800–1600 nm

• AR Broadband (BBAR)

AR giúp giảm phản xạ từ 4% xuống còn 0.2% hoặc thấp hơn.

6. Đặc tính nổi bật

• Điều chỉnh hướng tia sáng linh hoạt

• Giảm phản xạ ngược (back reflection)

• Tối ưu cho laser công suất cao

• Gọn nhẹ, dễ tích hợp vào housing

• Giá rẻ hơn nhiều so với các lăng kính phức tạp khác

7. Nhược điểm

• Không dùng để tách màu mạnh (dispersion thấp)

• Độ chính xác lệch tia phụ thuộc chất lượng mài nêm

• Ghosting nếu không dùng AR coating

8. Ứng dụng của lăng kính hình nêm

8.1. Căn chỉnh laser (Laser Alignment)

• Dịch chuyển chùm tia nhỏ và ổn định

• Điều chỉnh hướng tia mà không làm biến dạng chùm tia

8.2. Hệ thống quét laser (Laser Beam Steering / Risley Prisms)

• Tạo góc quét 2D

• Ứng dụng: LIDAR, scanner, laser trình chiếu

8.3. Hệ thống quang phổ và phân tích ánh sáng

• Điều chỉnh đường tia vào detector

• Giảm nhiễu phản xạ ngược

8.4. Hệ thống hình ảnh và đo lường

• Cân chỉnh trục quang học

• Bù sai lệch trong module camera hoặc imaging

8.5. Optical communication

• Sửa sai lệch chùm tia trong truyền dẫn laser/IR

8.6. Cửa sổ quang học công suất cao

• Dạng wedge window giúp loại bỏ ánh sáng phản hồi

9. Gia công theo yêu cầu

Chúng tôi có thể cung cấp:

• Kích thước: Φ5 mm – Φ100 mm

• Wedge angle: 0.5°–15°

• Vật liệu: BK7, FS, CaF₂, ZnSe, Sapphire

• AR/BBAR/HR coating tùy chỉnh

• Độ chính xác wedge ±5 arcmin đến ±10 arcsec

10. Kết luận

Lăng kính hình nêm (Wedge Prism) là linh kiện quang học đơn giản nhưng đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh tia sáng, căn chỉnh laser, giảm phản xạ và tinh chỉnh đường quang. Với độ linh hoạt cao, chi phí thấp và hiệu năng ổn định, wedge prism là lựa chọn tối ưu cho hầu hết các hệ thống quang công nghiệp và nghiên cứu.

Đây là sản phẩm thiết yếu cho danh mục optical component của bạn, dễ bán, nhiều ngành sử dụng và phù hợp với khách hàng sản xuất, R&D, trường học và các đơn vị cơ điện tử.