Призма - оптичний елемент із прозорого матеріалу (наприклад, оптичного скла) у формі геометричного тіла - призми, що має плоскі поліровані грані, через які входить і виходить світло. Світло у призмі заломлюється. Найважливішою характеристикою призми є показник заломлення матеріалу, з якого вона виготовлена.

Шлях променів в трикутній призмі

1. Шлях променів в трикутній призмі

Найпростішим типом призми є трикутна призма, тобто тіло, яке представляє собою геометричну фігуру призма з двома трикутними підставами і трьома бічними гранями у формі прямокутників.

На малюнку показано перетин трикутної призми площиною, паралельною її підстав. Позначення: \ Delta \, - Кут відхилення, \ Omega \, - Заломлює кут [1] призми, \ Alpha_1, \ beta_2 \, - Кути падіння, відповідно, входить через бічну грань призми променя і променя, що виходить через іншу її бічну грань, \ Beta_1, \ alpha_2 \, - Кути заломлення цих двох променів відповідно. На даному малюнку матеріал призми - оптично більш щільне середовище, ніж її оточення, оскільки кут падіння входить променя більше його кута заломлення. Тобто відносний показник заломлення цього матеріалу - більше одиниці, позначимо його n \, . Найпростіша формула для кута відхилення виходить, якщо припустити, що заломлює кут призми і кут падіння входить променя малі [2]. Тоді буде малий і кут \ Alpha_2 \, , А значить, малі будуть і кути \ Beta_1, \ beta_2 \, . За закону заломлення світла :

\ 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 \,

Враховуючи, що сума кутів чотирикутника дорівнює 2 \ pi \, і беручи до уваги, що \ 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 чином, при малому куті падіння входить променя маємо наближену формулу для кута відхилення:

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

Ця формула важлива ще й тому, що з її допомогою можна вивести залежність фокусної відстані тонкої лінзи від радіусів її поверхонь, при цьому тонка лінза замінюється трикутною призмою і застосовується формула для кута відхилення [3].

У випадку довільних заломлюючого кута призми і кута падіння входить променя, і якщо абсолютний показник заломлення матеріалу призми дорівнює n_2 \, , А її оточення - n_1 \, , Подібними міркуваннями можна отримати формулу [4] :


2. Види призм

2.1. Дисперсійні призми

Дисперсійні призми використовують в спектральних приладах для просторового розділення випромінювань різних довжин хвиль.

  • Проста тригранна призма
  • Призма Броунинга-Резерфорда
  • Дисперсійна призма Аббе
  • Призма Амічі (призма прямого зору)
  • Призма Літтрова
  • Призма Корню
  • Призма Пеллін-Брока

2.2. Відбивні призми

Відбивні призми використовують для зміни ходу променів, зміни напрямку оптичної осі, зміни напрямку лінії візування, для зменшення габаритних розмірів приладів. Класифікуються відбивні призми за кількома ознаками:

  • кількістю віддзеркалень в призмі
  • наявності або відсутності "даху"
  • характером конструкції призми
  • розі зламу оптичної осі

Також, особливу нішу серед відбивних призм займають складові призми, - складаються з декількох частин, розділених повітряними проміжками. Деякі широко поширені призми отримали власні імена.

Назва призми позначається двома або трьома літерами і числом, записаним через дефіс. Перша буква означає кількість відбивних граней (віддзеркалень) в призмі. ("А" - одна, "Б" - дві, "В" - три і т. д.). "Дах", умовно, вважається однією гранню і для її позначення ставлять індекс "до" після першої букви. (Наприклад, Ак, Бк) залишилася буква вказує характер конструкції. ("Р" - рівнобедрена, "П" - пентапризма, "У" - полупентапрізма, "С" - ромбічна, "М" - далекомірного типу, "Л" - призма Лемана). Цифри, записані через дефіс вказують кут зламу оптичної осі. (0 , 90 , 180 ). Наприклад, "ВКР-45 " - рівнобедрена призма з трьома відбивними гранями і дахом, зі зламом осі на 45 .

Складові призми вказуються за їх власними іменами і кутах зламу осі. Наприклад, "А-0 " - Призма Аббе, "Бк-90 " - черевична призма з дахом, "К-0 " - призма-куб.


2.3. Поляризаційні призми

  • Призма Аренса
  • Призма Волластона
  • Призма Глазебрука
  • Призма Глана-Тейлора
  • Призма Глана-Томпсона
  • Призма Глана-Фуко
  • Призма Ніколя
  • Призма Номарскі
  • Призма Рошона
  • Призма Сенармонта
  • Призма Фуко

Примітки

  1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Фізика: Учеб. для 10 кл. середовищ. шк. - 9-е изд. - М .: Просвещение, 1987. - С. 132. - 319 с.
  2. Ландсберг Г.С. 86. Переломлення в призмі / / Елементарний підручник фізики. - 13-е изд. - М .: Физматлит, 2003. - Т. 3. Коливання і хвилі. Оптика. Атомна і ядерна фізика. - С. 231-232. - 656 с. - ISBN 5922103512
  3. Ландсберг Г.С. 88. Заломлення в лінзі. Фокуси лінзи / / Елементарний підручник фізики. - 13-е изд. - М .: Физматлит, 2003. - Т. 3. Коливання і хвилі. Оптика. Атомна і ядерна фізика. - С. 236-242. - 656 с. - ISBN 5922103512
  4. Савченко Н. Е. Розв'язання задач з фізики. Посібник для вступників до вузів. - Мінськ: Вишейшая школа, 1977. - С. 208-210. - 240 с.

Література