prizma - Prism

plastik prizma

Bir optik prizma bir şeffaf optik yassı, cilalı yüzeyler ile eleman Refract ışık . En az bir yüzey açılı olmalıdır - iki paralel yüzeye sahip elemanlar prizma değildir . Optik prizmanın geleneksel geometrik şekli, üçgen tabanlı ve dikdörtgen kenarlı üçgen prizmanın şeklidir ve konuşma dilinde "prizma" genellikle bu tipe atıfta bulunur. Bazı optik prizma türleri aslında geometrik prizmalar şeklinde değildir . Prizmalar , tasarlandıkları dalga boylarına karşı şeffaf olan herhangi bir malzemeden yapılabilir . Tipik malzemeler arasında cam , akrilik ve florit bulunur .

Beyaz ışığı , kurucu spektral renklerine ( gökkuşağının renkleri ) ayırmak için bir dağıtıcı prizma kullanılabilir . Ayrıca prizmalar ışığı yansıtmak veya ışığı farklı polarizasyonlara sahip bileşenlere bölmek için kullanılabilir .

Prizmalar nasıl çalışır?

Işığı dağıtan üçgen bir prizma; Işığın farklı dalga boylarını göstermek için gösterilen dalgalar. (Animasyonu izlemek için tıklayın)

Işık bir ortamdan diğerine geçerken hızı değiştirir (örneğin, havadan prizmanın camına). Bu hız değişimi ışığın kırılmasına ve yeni ortama farklı bir açıyla girmesine neden olur ( Huygens ilkesi ). Işığın yolunun bükülme derecesi, gelen ışık demetinin yüzeyle yaptığı açıya ve iki ortamın kırılma indisleri arasındaki orana bağlıdır ( Snell yasası ). Birçok malzemenin (cam gibi) kırılma indisi, kullanılan ışığın dalga boyuna veya rengine göre değişir; bu , dispersiyon olarak bilinen bir olgudur . Bu, farklı renkteki ışığın farklı şekilde kırılmasına ve prizmadan farklı açılarda çıkmasına neden olarak gökkuşağına benzer bir etki yaratır . Bu, bir beyaz ışık huzmesini, kendisini oluşturan renk tayfına ayırmak için kullanılabilir . Sabun köpüğü gibi yanardöner malzemelerde de benzer bir ayrılma olur . Prizmalar genellikle ışığı kırınım ızgaralarından çok daha büyük bir frekans bant genişliğine dağıtacak ve bu da onları geniş spektrumlu spektroskopi için kullanışlı hale getirecektir . Ayrıca prizmalar, tüm ızgaraların sahip olduğu örtüşen spektral düzenlerden kaynaklanan komplikasyonlardan muzdarip değildir.

Prizmalar bazen dağılımdan ziyade yüzeylerdeki iç yansıma için kullanılır. Prizma içindeki ışık yeterli ölçüde dik bir açı ile yüzeylerin birine çarparsa, toplam iç yansıma meydana gelir ve her ışık yansıtılır. Bu, prizmayı bazı durumlarda aynanın yerine kullanışlı bir alternatif haline getirir .

Sapma açısı ve dağılım

Tepe açısı α olan bir prizmadan geçen ışın izi. Bölgeler 0, 1 ve 2 var kırılma indisleri , ve , ve astarlanmış açıları kırılma sonrası ray'in açısını gösterir.${\displaystyle n_{0}}$${\görüntüleme stili n_{1}}$${\ Displaystyle n_{2}}$${\görüntüleme stili \teta '}$

Bir prizmadan ışın açısı sapması ve dağılımı , eleman boyunca bir örnek ışın izlenerek ve her arayüzde Snell yasası kullanılarak belirlenebilir . Sağda gösterilen prizma için belirtilen açılar şu şekilde verilmiştir:

${\displaystyle {\begin{aligned}\theta '_{0}&=\,{\text{arcsin}}{\Big (}{\frac {n_{0}}{n_{1}}}}\, \sin \theta _{0}{\Big )}\\\theta _{1}&=\alpha -\theta '_{0}\\\theta '_{1}&=\,{\text{ arcsin}}{\Big (}{\frac {n_{1}}{n_{2}}}\,\sin \theta _{1}{\Big )}\\\theta _{2}&=\ theta '_{1}-\alpha \end{hizalı}}}$.

Tüm açılar resimde gösterilen yönde pozitiftir. Havadaki bir prizma için . Tanımlama , sapma açısı ile verilir ${\displaystyle n_{0}=n_{2}\simeq 1}$${\görüntüleme stili n=n_{1}}$${\görüntüleme stili \delta }$

${\displaystyle \delta =\theta _{0}+\theta _{2}=\theta _{0}+{\text{arcsin}}{\Big (}n\,\sin {\Big [}\ alpha -{\text{arcsin}}{\Big (}{\frac {1}{n}}\,\sin \theta _{0}{\Big )}{\Big ]}{\Big )}- \alfa }$

Gelme açısı ve prizma tepe açısının her ikisi de küçükse ve açılar radyan cinsinden ifade ediliyorsa . Bu , sapma açısındaki doğrusal olmayan denklemin şu şekilde tahmin edilmesini sağlar: ${\görüntüleme stili \teta _{0}}$${\görüntüleme stili \alfa }$${\ Displaystyle \sin \ teta \ yaklaşık \ teta }$${\displaystyle {\metin{arcsin}}x\yaklaşık x}$${\görüntüleme stili \delta }$

${\displaystyle \delta \yaklaşık \theta _{0}-\alpha +{\Big (}n\,{\Big [}{\Big (}\alpha -{\frac {1}{n}}}), \theta _{0}{\Big )}{\Big ]}{\Big )}=\theta _{0}-\alpha +n\alpha -\theta _{0}=(n-1)\alpha \ .}$

Sapma açısı n boyunca dalga boyuna bağlıdır , bu nedenle ince bir prizma için sapma açısı dalga boyuna göre değişir.

${\displaystyle \delta (\lambda )\yaklaşık [n(\lambda )-1]\alpha }$.

Tarih

Üçgen prizma, ışığı dağıtıyor

Birçok temel geometrik terim gibi, prizma kelimesi ( Yunanca : πρίσμα , romanlaştırılmış :  prizma , lit.  'testere edilmiş bir şey') ilk olarak Öklid'in Elementlerinde kullanılmıştır . Öklid XI. Kitaptaki terimi "iki zıt, eşit ve paralel düzlemin içerdiği, geri kalanı paralelkenar olan katı bir şekil" olarak tanımladı, ancak terimi kullanan sonraki dokuz önerme, üçgen tabanlı prizmaların (yani kenarları olan) örneklerini içeriyordu. paralelkenar değildi). Bu tutarsızlık daha sonraki geometriciler arasında kafa karışıklığına neden oldu.

René Descartes , rengin kaynağı bilinmemekle birlikte, ışığın gökkuşağının renklerine cam veya su ile ayrıldığını görmüştü. Isaac Newton'un 1666'da beyaz ışığı bir prizmadan bükme deneyi, tüm renklerin ışıkta zaten var olduğunu, farklı renk " yuvarlaklarının " yayıldığını ve prizmadan farklı hızlarda hareket ettiğini gösterdi. Ancak daha sonra Young ve Fresnel, rengin ışık spektrumundan nasıl ortaya çıktığını açıklamak için Newton'un parçacık teorisini Huygens'in dalga teorisiyle birleştirdi .

Newton, kırmızı rengi bir prizmadan ikinci bir prizmadan geçirerek vardığı sonuca vardı ve rengin değişmediğini buldu. Bundan, renklerin gelen ışıkta zaten mevcut olması gerektiği sonucuna vardı - bu nedenle, prizma renkleri yaratmadı, sadece zaten orada olan renkleri ayırdı. Ayrıca tayfı yeniden beyaz ışığa dönüştürmek için bir mercek ve ikinci bir prizma kullandı. Bu deney, bilimsel devrim sırasında tanıtılan metodolojinin klasik bir örneği haline geldi . Deneyin sonuçları önemli ölçüde alanında dönüştürülmüş metafiziğe giden, John Locke 'in birincil vs ikinci kalite ayrım .

Newton, Opticks adlı kitabında prizma dağılımını ayrıntılı olarak tartıştı . Ayrıca, dağılmayı kontrol etmek için birden fazla prizmanın kullanımını tanıttı. Newton'un prizma dispersiyonu üzerindeki deneylerinin tanımı nitelikseldi. 1980'lerde çoklu prizma lazer ışını genişleticiler tanıtılana kadar çoklu prizma dağılımının nicel bir açıklaması gerekli değildi .

Türler

Dağılımlı prizmalar

Bir kırınım ızgarasından kırınım (1) ve kırınım (2) ile bir prizmadan elde edilen spektrumların karşılaştırılması. Daha uzun dalga boyları (kırmızı) daha fazla kırılır, ancak daha kısa dalga boylarından (mor) daha az kırılır.

Kırılma indisi frekansa bağlı olduğundan ışığı oluşturan spektral renklerine bölmek için dağıtıcı prizmalar kullanılır ; prizmaya giren beyaz ışık, her biri biraz farklı şekilde bükülen farklı frekansların bir karışımıdır. Mavi ışık kırmızı ışıktan daha yavaştır ve bu nedenle kırmızı ışıktan daha fazla bükülür.

• Üçgen prizma
• Abbe prizması
• Pellin-Broca prizması
• amici prizma
• bileşik prizma
• Grism , yüzeyinde bir kırınım ızgarası bulunan dağıtıcı bir prizma

yansıtıcı prizmalar

Yansıtıcı prizmalar , ışık demetini çevirmek, ters çevirmek, döndürmek, saptırmak veya yerinden çıkarmak için ışığı yansıtmak için kullanılır. Genellikle görüntüyü dürbün veya tek lensli refleks kameralarda dikmek için kullanılırlar - prizmalar olmadan görüntü kullanıcı için baş aşağı olur. Birçok yansıtıcı prizma, yüksek yansıtma elde etmek için toplam iç yansımayı kullanır.

En yaygın yansıtıcı prizmalar şunlardır:

• porro prizma
• Porro-Abbe prizması
• Amici çatı prizması
• Pentaprizma ve çatı pentaprizmi
• Abbe-Koenig prizması
• Schmidt-Pechan prizması
• Bauernfeind prizması
• güvercin prizması
• Retroreflektör prizma

Işın ayırıcı prizmalar

Bir ışını iki veya daha fazla ışına bölmek için bazı yansıtıcı prizmalar kullanılır:

• Işın ayırıcı küp
• dikroik prizma

Polarize prizmalar

Bir ışık demetini değişen polarizasyon bileşenlerine ayırabilen polarize edici prizmalar da vardır . Bunlar tipik olarak çift ​​kırılmalı kristal bir malzemeden yapılır.

• Nicol prizması
• Wollaston prizması
• Nomarski prizması – Wollaston prizmasının mikroskopide avantajları olan bir çeşidi
• Rochon prizması
• Senarmont prizması
• Glan-Foucault prizması
• Glan-Taylor prizması
• Glan-Thompson prizması

saptırıcı prizmalar

Kama prizmalar , bir ışık huzmesini sabit bir açıyla saptırmak için kullanılır. Kiriş yönlendirmesi için bu tür bir çift prizma kullanılabilir ; prizmaları döndürerek ışın, konik bir "bakım alanı" içinde istenen herhangi bir açıya saptırılabilir. En yaygın olarak bulunan uygulama, bir Risley prizma çiftidir. Bir kirişin şeklini değiştirmek için anamorfik bir çift olarak iki kama prizması da kullanılabilir . Bu, bir lazer diyotunun eliptik çıkışından yuvarlak bir ışın yapmak için kullanılır .

Rhomboid prizmalar, görüntüyü tersine çevirmeden bir ışık huzmesini yanal olarak değiştirmek için kullanılır.

Mumlar ve gazyağı lambaları ahşap gemilerde yangın tehlikesi oluşturduğundan , yelkenli gemilerde gün ışığını güverte altına getirmek için güverte prizmaları kullanıldı .

optometride

Kaydırılarak düzeltici lensler kapalı eksen , içlerinden görülen görüntüler aynı şekilde bir prizma değiştirdiği görüntüleri de yer değiştirebilir. Göz bakımı uzmanları , çeşitli ortoptik problemlerini tedavi etmek için prizmaların yanı sıra eksen dışı lensler kullanır :

• Diplopi (çift görme)
• Pozitif ve negatif füzyon sorunları
• Olumlu göreli uyum ve olumsuz göreli uyum sorunları.

Tek prizmalı prizma gözlükler, iki gözün göreceli yer değiştirmesini gerçekleştirir, böylece eso-, exo, hiper veya hipotropiyi düzeltir.

Buna karşılık, boyunduruk prizmalar (ayrıca: eşlenik prizmalar , ortam lensleri veya performans gözlükleri ) olarak adlandırılan, her iki göz için eşit güce sahip prizmalara sahip gözlükler, her iki gözün görme alanını aynı ölçüde değiştirir.

Ayrıca bakınız

• Minimum sapma
• Çoklu prizma dağılım teorisi
• prizma kompresörü
• prizma diyoptrisi
• prizma spektrometresi
• prizma (geometri)
• Renk Teorisi
• Üçgen prizma (geometri)
• süperprizma
• Gözlük reçetesi
• prizma aydınlatma

Referanslar

daha fazla okuma

• Hecht, Eugene (2001). Optik (4. baskı). Pearson Eğitimi. ISBN'si 0-8053-8566-5.

Dış bağlantılar

• "Prizma"  . Ansiklopedi Britannica . 22 (11. baskı). 1911. s. 361.
• Bir prizma yoluyla kırılma Java uygulaması