Prizma - Prism

Plastik bir prizma

Bir optik prizma şeffaf optik düz, cilalı yüzeyli eleman kırmak ışık. En az bir yüzey açılı olmalıdır - iki paralel yüzeyli elemanlar prizma değildir. Optik prizmanın geleneksel geometrik şekli, üçgen prizma üçgen tabanı ve dikdörtgen kenarları olan ve konuşma dilinde kullanımda "prizma" genellikle bu türü ifade eder. Bazı optik prizma türleri aslında şu şekilde değildir: geometrik prizmalar. Prizmalar, şeffaf olan herhangi bir malzemeden yapılabilir. dalga boyları onlar için tasarlandıkları için. Tipik malzemeler şunları içerir: bardak, plastik, ve florit.

Bir dağıtıcı prizma kırmak için kullanılabilir Beyaz ışık bileşenine kadar spektral renkler (renkleri gökkuşağı ). Ayrıca prizmalar, yansıtmak ışık veya ışığı farklı bileşenlere ayırmak için kutuplaşmalar.

Prizmalar nasıl çalışır

Işık saçan üçgen prizma; farklı ışık dalga boylarını göstermek için gösterilen dalgalar. (Animasyonu görüntülemek için tıklayın)

Işık değişiklikleri hız bir ortamdan diğerine geçerken (örneğin havadan prizmanın camına). Bu hız değişikliği ışığın kırılmış ve yeni ortama farklı bir açıdan girmek için (Huygens prensibi ). Işığın yolunun bükülme derecesi, ışık yolunun eğilme derecesine bağlıdır. olay ışık demeti yüzeyle ve arasındaki oranda kırılma indeksleri iki medyanın (Snell Yasası ). Birçok malzemenin (cam gibi) kırılma indisi, dalga boyu veya kullanılan ışığın rengi, dağılım. Bu, farklı renklerdeki ışığın farklı şekilde kırılmasına ve prizmayı farklı açılarda bırakmasına ve benzer bir etki yaratmasına neden olur. gökkuşağı. Bu, bir beyaz ışık demetini bileşenine ayırmak için kullanılabilir. spektrum renklerin. Benzer bir ayrılık, yanardöner sabun köpüğü gibi malzemeler. Prizmalar genellikle ışığı çok daha büyük bir frekans bant genişliğine dağıtacaktır. kırınım ızgaraları, onları geniş spektrum için kullanışlı hale getiriyor spektroskopi. Dahası, prizmalar, tüm ızgaraların sahip olduğu örtüşen spektral düzenlerden kaynaklanan komplikasyonlardan muzdarip değildir.

Prizmalar bazen dispersiyon yerine yüzeylerdeki iç yansıma için kullanılır. Prizmanın içindeki ışık, yüzeylerden birine yeterince dik bir açıyla çarparsa, toplam iç yansıma oluşur ve herşey ışık yansıtılır. Bu, bir prizmayı bir ayna bazı durumlarda.

Sapma açısı ve dağılım

Tepe açısı α olan bir prizmadan geçen ışın izi. 0, 1 ve 2 bölgelerinde kırılma indisleri

{ displaystyle n_ {0}}

,

{ displaystyle n_ {1}}

, ve

{ displaystyle n_ {2}}

ve hazırlanmış açılar

{ displaystyle theta '}

ışının kırılmadan sonraki açısını gösterir.

Ray bir prizma boyunca açı sapması ve dağılımı şu şekilde belirlenebilir: izleme eleman içinden örnek bir ışın ve kullanarak Snell Yasası her arayüzde. Sağda gösterilen prizma için belirtilen açılar ile verilmiştir.

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

.

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

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

Geliş açısı ise ${ displaystyle theta _ {0}}$ ve prizma tepe açısı ${ displaystyle alpha}$ ikisi de küçük ${ displaystyle sin theta yaklaşık theta}$ ve ${ displaystyle { text {arcsin}} x yaklaşık x}$ açılar olarak ifade edilirse radyan. Bu, doğrusal olmayan denklem sapma açısında ${ displaystyle delta}$ yaklaşılacak

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

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

{ displaystyle delta ( lambda) yaklaşık [n ( lambda) -1] alfa}

.

Tarih

Işık saçan üçgen prizma

Birçok temel geometrik terim gibi, kelime prizma (Yunan: πρίσμα, Romalı: prizma, Aydınlatılmış. 'bir şey gördü') ilk kez Öklid'in Elementler. Öklid, Kitap XI'deki terimi "iki zıt, eşit ve paralel düzlemin içerdiği katı bir şekil, geri kalanı paralelkenar" olarak tanımladı, ancak terimi kullanan sonraki dokuz önerme, üçgen tabanlı prizmaların örneklerini içeriyordu (yani paralelkenarlar değildi).^[1] Bu tutarsızlık, daha sonraki geometrikçiler arasında kafa karışıklığına neden oldu.^[2]^[3]

René Descartes ışığın gökkuşağının renklerine cam veya su ile ayrıldığını görmüştüm^[4] rengin kaynağı bilinmese de. Isaac Newton 1666'da beyaz ışığı bir prizmadan bükme deneyi, tüm renklerin farklı renklerle ışıkta zaten var olduğunu gösterdi "cisimler "Prizma boyunca farklı hızlarda gezinmek ve seyahat etmek. Ancak daha sonra oldu Genç ve Fresnel Newton'un parçacık teorisini Huygens'in dalga teorisi ışık spektrumundan rengin nasıl ortaya çıktığını açıklamak.

Newton, kırmızı rengi bir prizmadan ikinci bir prizmadan geçirerek sonuca vardı ve rengi değişmeden buldu. Bundan, renklerin gelen ışıkta zaten mevcut olması gerektiği sonucuna vardı - bu nedenle prizma renkleri yaratmadı, yalnızca zaten orada olan renkleri ayırdı. Ayrıca spektrumu tekrar beyaz ışığa dönüştürmek için bir lens ve ikinci bir prizma kullandı. Bu deney, çalışma sırasında tanıtılan metodolojinin klasik bir örneği haline geldi. bilimsel devrim. Deneyin sonuçları, çalışma alanını önemli ölçüde değiştirdi. metafizik, giden john Locke 's birincil ve ikincil kalite ayrımı.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Newton, kitabında prizma dağılımını ayrıntılı olarak tartıştı. Tercihler.^[5] Ayrıca dispersiyonu kontrol etmek için birden fazla prizmanın kullanımını da getirdi.^[6] Newton'un prizma dağılımı üzerine yaptığı deneylerin tanımı nitelikseldi. Nicel bir açıklama çoklu prizma dağılımı çoklu prizma lazerine kadar gerekli değildi kiriş genişleticiler 1980'lerde tanıtıldı.^[7]

Türler

Dağıtıcı prizmalar

Kırınım (1) ile kırınım ızgarasından ve kırılma (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.

Dağıtıcı prizmalar kırılma indisi şunlara bağlı olduğundan ışığı kurucu spektral renklerine ayırmak için kullanılır. Sıklık; prizmaya giren beyaz ışık, her biri biraz farklı şekilde bükülen farklı frekansların bir karışımıdır. Mavi ışık kırmızı ışıktan daha fazla yavaşlar ve bu nedenle kırmızı ışıktan daha fazla bükülür.

Üçgen prizma
Abbe prizması
Pellin-Broca prizması
Amici prizması
Bileşik prizma
Grism yüzeyinde bir kırınım ızgarası olan dağıtıcı bir prizma

Yansıtıcı prizmalar

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

En yaygın yansıtıcı prizmalar şunlardır:

Işın bölme prizmaları

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

Polarize prizmalar

Ayrıca orada polarize prizmalar bir ışık demetini değişen bileşenlere ayırabilen polarizasyon. Bunlar tipik olarak bir çift kırılmalı kristalin malzeme.

Nicol prizma
Wollaston prizması
Nomarski prizması - mikroskopide avantajları olan bir Wollaston prizması çeşidi
Rochon prizması
Sénarmont prizması
Glan – Foucault prizması
Glan-Taylor prizması
Glan – Thompson prizması

Saptıran prizmalar

Kama prizmalar bir ışık demetini sabit bir açıyla saptırmak için kullanılır. Bu tür bir çift prizma, kirişli direksiyon; prizmalar döndürülerek, ışın, konik bir "görüş alanı" içinde istenen herhangi bir açıya döndürülebilir. En yaygın olarak bulunan uygulama bir Risley prizması çift.^[8] İki kama prizması da bir anamorfik çift bir kirişin şeklini değiştirmek için. Bu, bir eliptik çıktısından yuvarlak bir ışın yapmak için kullanılır. lazer diyot.

Eşkenar dörtgen prizmalar, görüntüyü ters çevirmeden bir ışık demetini yanal olarak kaydırmak için kullanılır.

Güverte prizmaları yelkenli gemilerde gün ışığını güverte altına getirmek için kullanıldı,^[9] mumlardan beri ve gazyağı lambaları ahşap gemilerde yangın tehlikesidir.

Optometride

Değiştirerek düzeltici lensler kapalı eksen İçlerinden görülen görüntüler, prizmanın görüntülerin yerini alması gibi yer değiştirebilir. Göz sağlığı uzmanları çeşitli tedavi etmek için prizmalar ve eksen dışı lensler kullanın ortoptik sorunlar:

Diplopi (çift görme)
Olumlu ve olumsuz füzyon sorunları^{[belirsiz ]}
Pozitif akraba uyumu ve olumsuz akraba uyumu sorunlar.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Tek prizmalı prizma gözlükleri, iki gözün göreceli olarak yer değiştirmesini sağlayarak eso-, ekso, hiper- veya hipotropiyi düzeltir.

Buna karşılık, her iki göz için eşit güçte prizmalara sahip gözlükler boyunduruk prizmalar (Ayrıca: eşlenik prizmalar, ortam lensleri veya performans gözlükleri) her iki gözün görme alanını aynı ölçüde kaydırın.^[10]

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ Elementler: kitap 11, Def 13 ve Prop 28, 29, 39; ve 12. kitap, Konu 3, 4, 5, 7, 8, 10
^ Thomas Malton (1774). Geometriye Giden Kraliyet Yolu: Ya da Matematiğe Kolay ve Tanıdık Bir Giriş. ... Thomas Malton tarafından. ... yazar ve satılır. s. 360–.
^ James Elliot (1845). Pratik Geometri ve Ölçülendirme Üzerine Eksiksiz İncelemenin Anahtarı: Kuralların Tam Gösterilerini İçeren ... Longman, Brown, Green ve Longmans. s. 3–.
^ James Gleick (8 Haziran 2004). Isaac Newton. Nostaljik. ISBN 1400032954.
^ Isaac Newton (1704). Tercihler. Londra: Kraliyet Topluluğu. ISBN 0-486-60205-2.
^ "Işık Tayfının Keşfi". Alındı 19 Aralık 2009.
^ F. J. Duarte ve J. A. Piper (1982). "Darbeli boya lazerler için çok prizmalı ışın genişleticilerin dispersiyon teorisi". Opt. Commun. 43 (5): 303–307. Bibcode:1982OptCo..43..303D. doi:10.1016/0030-4018(82)90216-4.
^ Duncan, B.D .; Bos, P.J .; Sergan, V. (2003). "Kızılötesi karşı önlem uygulamaları için geniş açılı akromatik prizma ışınlı yönlendirme". Opt. Müh. 42 (4): 1038–1047. Bibcode:2003OptEn..42.1038D. doi:10.1117/1.1556393.
^ Loenen, Nick (Şubat 2012). Ahşap Tekne Yapımı: Dragon Sınıfı Yelkenli Nasıl Yapılır. FriesenPress. ISBN 9781770974067.
^ Kaplan, M; Carmody, D. P .; Gaydos, A (1996). "Ortam lenslerine yanıt olarak otizmde postürel yönelim değişiklikleri". Çocuk Psikiyatrisi ve İnsan Gelişimi. 27 (2): 81–91. doi:10.1007 / BF02353802. PMID 8936794. S2CID 37007723.

daha fazla okuma

Hecht Eugene (2001). Optik (4. baskı). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5.

Dış bağlantılar

"Prizma". Encyclopædia Britannica. 22 (11. baskı). 1911. s. 361.
Bir prizma aracılığıyla Java kırılma uygulaması

[1] Elementler: kitap 11, Def 13 ve Prop 28, 29, 39; ve 12. kitap, Konu 3, 4, 5, 7, 8, 10

[Malton1774-2] Thomas Malton (1774). Geometriye Giden Kraliyet Yolu: Ya da Matematiğe Kolay ve Tanıdık Bir Giriş. ... Thomas Malton tarafından. ... yazar ve satılır. s. 360–.

[Elliot1845-3] James Elliot (1845). Pratik Geometri ve Ölçülendirme Üzerine Eksiksiz İncelemenin Anahtarı: Kuralların Tam Gösterilerini İçeren ... Longman, Brown, Green ve Longmans. s. 3–.

[4] James Gleick (8 Haziran 2004). Isaac Newton. Nostaljik. ISBN 1400032954.

[5] Isaac Newton (1704). Tercihler. Londra: Kraliyet Topluluğu. ISBN 0-486-60205-2.

[6] "Işık Tayfının Keşfi". Alındı 19 Aralık 2009.

[7] F. J. Duarte ve J. A. Piper (1982). "Darbeli boya lazerler için çok prizmalı ışın genişleticilerin dispersiyon teorisi". Opt. Commun. 43 (5): 303–307. Bibcode:1982OptCo..43..303D. doi:10.1016/0030-4018(82)90216-4.

[8] Duncan, B.D .; Bos, P.J .; Sergan, V. (2003). "Kızılötesi karşı önlem uygulamaları için geniş açılı akromatik prizma ışınlı yönlendirme". Opt. Müh. 42 (4): 1038–1047. Bibcode:2003OptEn..42.1038D. doi:10.1117/1.1556393.

[9] Loenen, Nick (Şubat 2012). Ahşap Tekne Yapımı: Dragon Sınıfı Yelkenli Nasıl Yapılır. FriesenPress. ISBN 9781770974067.

[10] Kaplan, M; Carmody, D. P .; Gaydos, A (1996). "Ortam lenslerine yanıt olarak otizmde postürel yönelim değişiklikleri". Çocuk Psikiyatrisi ve İnsan Gelişimi. 27 (2): 81–91. doi:10.1007 / BF02353802. PMID 8936794. S2CID 37007723.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]