Призма (оптика)


Призма (оптика)

Призма — оптический элемент из прозрачного материала (например, оптического стекла) в форме геометрического тела — призмы, имеющий плоские полированные грани, через которые входит и выходит свет. Свет в призме преломляется. Важнейшей характеристикой призмы является показатель преломления материала, из которого она изготовлена.

Путь лучей в треугольной призме

Содержание

Путь лучей в треугольной призме

Простейшим типом призмы является треугольная призма, то есть тело, представляющее собой геометрическую фигуру призма с двумя треугольными основаниями и тремя боковыми гранями в форме прямоугольников.

На рисунке показано сечение треугольной призмы плоскостью, параллельной её основаниям. Обозначения: \delta\, — угол отклонения, \omega\, — преломляющий угол[1] призмы, \alpha_1, \beta_2\, — углы падения, соответственно, входящего через боковую грань призмы луча и луча, выходящего через другую её боковую грань, \beta_1, \alpha_2\, — углы преломления этих двух лучей соответственно. На данном рисунке материал призмы — оптически более плотная среда, чем её окружение, поскольку угол падения входящего луча больше его угла преломления. То есть относительный показатель преломления этого материала — больше единицы, обозначим его n \,. Самая простая формула для угла отклонения получается, если предположить, что преломляющий угол призмы и угол падения входящего луча малы[2]. Тогда будет мал и угол \alpha_2\,, а значит, малы будут и углы \beta_1, \beta_2\,. По закону преломления света:

\alpha_1\approx\sin\alpha_1=n\cdot\sin\beta_1\approx n\cdot\beta_1,\,
\alpha_2\approx\sin\alpha_2=n\cdot\sin\beta_2\approx n\cdot\beta_2\,

Учитывая, что сумма углов четырёхугольника равна 2\pi\, и принимая во внимание, что \omega=\beta_1+\beta_2\,:

\pi-\delta+\pi-\omega+\alpha_1+\alpha_2=2\pi,\,
\delta=\alpha_1+\alpha_2-\omega\approx n\cdot(\beta_1+\beta_2)-\omega=n\cdot\omega-\omega=(n-1)\cdot\omega\,

Таким образом, при малом угле падения входящего луча имеем приближённую формулу для угла отклонения:

\delta\approx(n-1)\cdot\omega\,

Эта формула важна еще и потому, что с её помощью можно вывести зависимость фокусного расстояния тонкой линзы от радиусов её поверхностей, при этом тонкая линза заменяется треугольной призмой и применяется формула для угла отклонения[3].

В случае произвольных преломляющего угла призмы и угла падения входящего луча, и если абсолютный показатель преломления материала призмы равен n_2\,, а её окружения — n_1\,, подобными рассуждениями можно получить формулу[4]:

\delta=\alpha_1-\omega+\arcsin\bigg(\frac{n_2}{n_1}\cdot\sin\omega\cdot\sqrt{1-\bigg(\frac{n_1}{n_2}\bigg)^2\cdot\sin^2\alpha_1}-\cos\omega\cdot\sin\alpha_1\bigg)

Виды призм

Дисперсионные призмы

Дисперсионные призмы используют в спектральных приборах для пространственного разделения излучений различных длин волн.

  • Простая трехгранная призма
  • Призма Броунинга-Резерфорда
  • Дисперсионная призма Аббе
  • Призма Амичи (призма прямого зрения)
  • Призма Литтрова
  • Призма Корню
  • Призма Пеллин-Брока

Отражательные призмы

Отражательные призмы используют для изменения хода лучей, изменения направления оптической оси, изменения направления линии визирования, для уменьшения габаритных размеров приборов. Классифицируются отражательные призмы по нескольким признакам:

  • количеству отражений в призме
  • наличию или отсутствию «крыши»
  • характеру конструкции призмы
  • углу излома оптической оси

Также, особую нишу среди отражательных призм занимают составные призмы, — состоящие из нескольких частей, разделённых воздушными промежутками. Некоторые широко распространённые призмы получили собственные имена.

Название призмы обозначается двумя или тремя буквами и числом, записанным через дефис. Первая буква означает количество отражательных граней (отражений) в призме. («А» — одна, «Б» — две, «В» — три и т. д.). «Крыша», условно, считается одной гранью и для её обозначения ставят индекс «к» после первой буквы. (например, Ак, Бк) Оставшаяся буква указывает характер конструкции. («Р» — равнобедренная, «П» — пентапризма, «У» — полупентапризма, «С» — ромбическая, «М» — дальномерного типа, «Л» — призма Лемана). Цифры, записанные через дефис указывают угол излома оптической оси. (0°,90°,180°). Например, «ВкР-45°» — равнобедренная призма с тремя отражательными гранями и крышей, с изломом оси на 45°.

Составные призмы указываются по их собственным именам и углам излома оси. Например, «А-0°» — Призма Аббе, «Бк-90°» — башмачная призма с крышей, «К-0°» — призма-куб.

Поляризационные призмы

  • Призма Аренса
  • Призма Волластона
  • Призма Глазебрука
  • Призма Глана-Тейлора
  • Призма Глана-Томпсона
  • Призма Глана-Фуко
  • Призма Николя
  • Призма Номарски
  • Призма Рошона
  • Призма Сенармонта
  • Призма Фуко

См. также

Примечания

  1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк. — 9-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 132. — 319 с.
  2. Ландсберг Г.С. §86. Преломление в призме // Элементарный учебник физики. — 13-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — С. 231-232. — 656 с. — ISBN 5922103512
  3. Ландсберг Г.С. §88. Преломление в линзе. Фокусы линзы // Элементарный учебник физики. — 13-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — С. 236-242. — 656 с. — ISBN 5922103512
  4. Савченко Н. Е. Решение задач по физике. Пособие для поступающих в вузы. — Минск: Вышэйшая школа, 1977. — С. 208—210. — 240 с.

Литература

  • Hecht, Eugene Optics (4th ed.). — Pearson Education, 2001. — ISBN ISBN 0-8053-8566-5

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Призма (оптика)" в других словарях:

  • Призма Николя — Схема действия призмы Николя. Красным обозначен обыкновенный луч (горизонтальная поляризация), зелёным  необыкновенный (вертикальная поляризация) Призма Николя (сокр. николь)  поляризационное устройство, в основе принципа действия… …   Википедия

  • рассеивающая призма — дисперсионная призма (оптика) [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы дисперсионная призма EN analyzer …   Справочник технического переводчика

  • Нелинейная оптика —         раздел физической оптики, охватывающий исследование распространения мощных световых пучков в твёрдых телах, жидкостях и газах и их взаимодействие с веществом. С появлением Лазеров оптика получила в своё распоряжение источники когерентного …   Большая советская энциклопедия

  • Николя призма — Схема действия призмы Николя. Красным обозначен обыкновенный луч (горизонтальная поляризация), зелёным необыкновенный (вертикальная поляризация) Призма Николя (сокр. николь) поляризационное устройство, в основе принципа действия которого лежат… …   Википедия

  • Дихроидная призма — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное …   Википедия

  • Дихроичная оптика — Дихроичный фильтр отражает одну и пропускает другую часть спектра падающего излучения благодаря явлению многолучевой интерференции в тонких диэлектрических плёнках. Интерференционный фильтр название дихроичных фильтров по принципу действия.… …   Википедия

  • Оптик — Таблица оптики, Энциклопедия, 1728 Оптика (от др. греч. ὀπτική появление или взгляд)  раздел физики, который описывает поведение, свойства, первопричинность и природу света, объясняет связанные с этим явления. Под светом понимают не только… …   Википедия

  • Интерферометр — Интерферометр  измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того… …   Википедия

  • Радуга — У этого термина существуют и другие значения, см. Радуга (значения). Радуга над Ладожским озером …   Википедия

  • Цвета радуги — Радуга над Ладожским озером Радуга атмосферное оптическое и метеорологическое явление, наблюдаемое обычно после дождя или перед ним. Оно выглядит как дуга или окружность, составленная из цветов спектра. Глядя снаружи внутрь дуги: красный,… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.