Призма (оптика)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Призма, оптическая призма — тело из однородного материала, прозрачного для оптического излучения, ограниченное плоскими отражающими и преломляющими свет поверхностями, расположенными под строго определёнными углами друг к другу[1]. Для призм, использующихся в оптических приборах, используется оптическое стекло с разными показателями преломления, зависящими от типа и назначения призмы. Оптические призмы подразделяют на три крупных и чётко различающихся по назначению класса: спектральные призмы (преломляющие или дисперсионные призмы для разложения света в спектр), отражательные призмы (для изменения направления света) и поляризационные призмы (для получения линейно поляризованного света). Изготавливаются главным образом из стекла, кварца, флюорита, фторида лития, бромида калия и других веществ[2].

Путь лучей в треугольной призме

Путь лучей в треугольной призме[править | править код]

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:  — угол отклонения,  — преломляющий угол[3] призмы,  — углы падения, соответственно, входящего через боковую грань призмы луча и луча, выходящего через другую её боковую грань,  — 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 . Самая простая формула для угла отклонения получается, если предположить, что преломляющий угол призмы и угол падения входящего луча малы[4]. Тогда будет мал и угол , а значит, малы будут и углы . По закону преломления света:

Учитывая, что сумма углов четырёхугольника равна и принимая во внимание, что :

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

Эта формула важна ещё 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[5].

В случае произвольных преломляющего угла призмы и угла падения входящего луча, и если абсолютный показатель преломления материала призмы равен , а её окружения — , подобными рассуждениями можно получить формулу[6]:

Виды призм[править | править код]

Дисперсионные призмы[править | править код]

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

  • Простая трёхгранная призма — призма с преломляющим углом a = 60°.
  • Призма Броунинга-Резерфорда — призма, состоящая из двух одинаковых вспомогательных призм с небольшим преломляющим углом, изготовленных из крона, и одной основной призмы из флинта.
  • Призма Аббе — один из типов дисперсионных призм постоянного отклонения, в основе которых находится треугольник с углами 30°, 60° и 90°.
  • Призма Амичи — преломляющая призма, склеенная из трёх треугольных призм, две крайние из которых изготавливаются из стекла кронгласс с большой дисперсией, а средняя из стекла флинтглас с малой дисперсией.
  • Призма Литтрова — призмы с преломляющим углом 30°, заднюю поверхность которой покрывают отражающим слоем серебра, так что лучи пересекают призму дважды в противоположных направлениях.
  • Призма Корню— призма, представляющая собой соединение на оптическом контакте двух прямоугольных призм, вырезанных из лево- и правовращающего кварца.
  • Призма Пеллин-Брока — разновидность дисперсионной призмы, состоящая из четырёхстороннего блока стекла в виде правой призмы с углами 90 °, 75 °, 135 ° и 60 ° на торцах.

Отражательные призмы[править | править код]

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[править | править код]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Фотокинотехника, 1981, с. 251.
  2. Прохоров А. М. (гл. ред.) Физическая энциклопедия. Справочное издание. — М.: Советская энциклопедия, 1988—1998
  3. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк. — 9-е изд. — М.: Просвещение, 1987. — С. 132. — 319 с.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Савченко Н. Е. Решение задач по физике. Пособие для поступающих в вузы. — Минск: Вышэйшая школа, 1977. — С. 208—210. — 240 с.

Литература[править | править код]

  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 251—253. — 447 с.

Ссылки[править | править код]