Prisma (òptica)

Archiu:Színszóródás prizmán2.jpg

Prisma (òptica)

En òptica, un prisma és un objecte capaç de refractar, reflectir i descompondre la llum en els colors del arcoíris. Generalment, estos objectes tenen la forma d'un prisma triangular, d'ahí el seu nom. En geometria, un prisma és un poliedre llimitat per dos polígons iguals i paralels cridats bases, i varis paralelogramos cridats cares laterals.

Història

Cridat vitrum trigonum des de l'época de l'Antiga Roma, es diu que un relat de Plinio el Vell menciona la seua existència en un passage que tracta d'un cristal tallat en prisma capaç de transformar la llum del sol en arc iris. La fabricació en esta época de contes de vidre de forma prismàtica ha segut atestada en particular en el jaciment de Ban Don Ta Phet (Plantilla:Lang-th), un lloc arqueològic de l'Edat de Ferro en Amphoe Phanom Thuan en Tailàndia. Estos contes, transparents o translúcidas, es tallen deliberadament en forma de prismes similars als cristals naturals en una base triangular o hexagonal, per eixemple. L'existència de prismes o elements similars també està atestada per Séneca que menciona en el seu Questiones naturæ varetes de vidre que servixen per a transformar la llum en un arc iris, prismes que haurien segut molt utilisats en la seua época. Séneca, no obstant, atribuïa els colors de l'arc iris en esta época a falsos colors fugaços com els reflexos iridiscents de les plomes de les colomes. En 1275, Vitellion va reproduir este fenomen omplint un prisma de base hexagonal en aigua, fent passar la llum a través d'ell, la llum es descompon.

Encara que el prisma es coneix des de fa temps, la "transformació" de la llum solar en múltiples colors seguix sense explicar-se i els colors es consideren fins a el XVII com a mescles de llum i ombra. o com la mescla de partícules de la superfície dels objectes en partícules de llum No va ser fins als experiments d'Isaac Newton, que va tractar d'entendre la deformació del raig en eixir del prisma en lloc d'enfocar els colors, que es va comprendre la descomposició de l'espectre. El raig ovalat es deforma, lo que choca en les lleis de refracció de Snell-Descartes, conegudes en l'época: l'índex de refracció es considerava únic i específic del mig que modificava la llum. Newton va demostrar en els seus experiments que no era el prisma el que modificava la llum, sino les propietats del material que eren diferents per als distints colors

L'us creixent de prismes va ser concomitant en el descobriment del fenomen de la dispersió de la llum blanca i la comprensió de que està composta per un continu de colors. Va ser també a través d'este experiment en prismes que es va comprendre l'inevitabilitat de l'aberracions cromàtiques en els telescopis. Des de principis de el XIX, les investigacions sobre l'eter varen ser cada volta més numeroses, i els experiments per a demostrar la seua existència es varen multiplicar. En 1810, François Arago va intentar observar la diferència de velocitat de les ones lluminoses en l'éter desviant els rajos estelars a través d'un prisma a diferents hores del dia. Este experiment va ser reinterpretat per Augustin Fresnel que va deduir que l'éter sofrix un arrastre parcial en mijos refractivos com el prisma. En qualsevol cas, un sigle d'investigació va terminar en l'abandó de la teoria de l'éter.

Llei de Snell en prismes

D'acort en la llei de Snell, quan la llum passa de l'aire al vidre del prisma disminuïx la seua velocitat, desviant la seua trayectòria i formant un àngul sobre l'interfase. Com a conseqüència, es reflectix i/o es difracta la llum. L'àngul d'incidència del fes de llum, i els índexs de refracció del prisma i l'aire determinen la cantitat de llum que serà reflectida, la cantitat que serà refractada o si succeirà exclusivament alguna de les dos coses.

Tipos

• Els prismes reflectantes són els que únicament reflectixen la llum. Com són més fàcils d'elaborar que els espills, s'utilisen en instruments òptics com els prismáticos, els monocularés i uns atres.
• Els prismes dispersivos són usats per a descompondre la llum en l'espectre del arcoíris, perque l'índex de refracció depén de la llongitut d'ona (vore dispersió); la llum blanca entrant al prisma és una mescla de diferents llongituts d'ona i cada una es desvia de manera diferent. La llum blava és disminuïda a menor velocitat que la llum roja.
• Els prismes polarisadors separen cada fes de llum en components de variant polarisació.

Reflectantes

Els prismes reflectantes s'utilisen per a reflectir la llum, en la finalitat de voltear, invertir, girar, desviar o desplaçar el fes de llum. Solen utilisar-se per a erigir l'image en els binoculares o en les cambres réflex d'un sol objectiu; sense els prismes, l'image quedaria al revés per a l'usuari.

Els prismes reflectantes, que solen estar fets de vidre òptic pur, utilisen la reflexió total interna per a conseguir una reflectivitat casi perfecta en les seues facetes en les que incidix la llum baixe un àngul oblicuo suficientment alt. En combinació en el revestiment antirreflectante de les facetes d'entrada i eixida, açò conduïx a una pèrdua de llum d'un orde de magnitut inferior a la que tenen els espills metàlics habituals.

Número de reflexions, l'image es proyecta com volteada (espejada)

• Reflector de prisma triangular, proyecta l'image lateralment (la dispersió cromàtica és nula en cas d'incidència perpendicular d'entrada i eixida)
  • Pentaprisma de sostre proyecta l'image lateralment volteada a lo llarc de l'atre eix
  • Prisma de Dove proyecta l'image cap a davant
  • Retroreflector de cantó de gaveta proyecta l'image cap a arrere

Igual número de reflexions, l'image es proyecta cap a dalt (sense canvi de mà; pot o no girar)

• • Prisma de Porro proyecta l'image cap a arrere i desplaçada
  • Prisma de Perger-Porro
  • Prisma de Porro-Abbe proyecta l'image cap a davant, girada 180° i desplaçada
  • Prisma Abbe-Koenig proyecta l'image cap a davant, girada 180° i colineal (4 reflexions internes [2 reflexions estan en les planures del sostre])
  • Prisma Bauernfeind proyecta l'image lateralment (inclinada 45°)
  • Prisma de sostre Amici proyecta l'image lateralment
  • Pentaprisma proyecta l'image lateralment
  • Prisma Schmidt-Pechan proyecta l'image cap a davant, girada en 180° (6 reflexions [2 reflexions estan en les planures del sostre]]; compost per la part Bauernfeind i la part Schmidt)
  • Prisma Uppendahl proyecta l'image cap a davant, girada en 180° i colineal (6 reflexos [2 reflexos estan en les planures del sostre]); compost per 3 prismes cementados)

Dispersivos

Archiu:Comparison refraction diffraction spectra.svg

Comparació dels espectres obtinguts d'una reixeta de difracció per difracció (1), i d'un prisma per refracció (2). Les llongituts d'ona més llargues (roig) es difractan més, pero es refractan menys que les llongituts d'ona més curtes (violeta).

Els prismes dispersivos s'utilisen per a dividir la llum en els colors espectrals que la componen, ya que l'índex de refracció depén de la freqüència; la llum blanca que entra en el prisma és una mescla de diferents freqüències, cada una de les quals es desvia de forma llaugerament diferent. La llum blava és més llenta que la roja i, per lo tant, es doblarà més que esta.

• Prisma triangular
• Prisma de Amici i atres tipos de prisma compost

• Prisma de Littrow en espill en la seua faceta posterior
• Prisma de Pellin-Broca
• Prisma de Abbe
• Grism, un prisma dispersivo en una reixeta de difracció en la seua superfície
• Prisma de Féry

La dispersió espectral és la propietat més coneguda dels prismes òptics, encara que no és el propòsit més freqüent d'utilisar prismes òptics en la pràctica.

Divisió del fes

Es poden depositar vàries capes de películes primes en la hipotenusa d'un prisma en àngul recte, i cementarlas a un atre prisma per a formar una gaveta separador de fas. El rendiment òptic global d'esta gaveta ve determinat per la fina película.

En comparació a un substrat de vidre habitual, la gaveta de vidre proporciona una protecció de la capa fina per abdós costats i una major estabilitat mecànica. La gaveta també pot eliminar els efectes d'etalón, la reflexió lateral i la llaugera desviació del fes.

• Filtre de color dicroico formen un prisma dicroico

Els divisores de fes cúbics polarisants tenen una relació d'extinció menor que els birrefringentes, pero són menys costosos Els espills parcialment metalizados proporcionen divisores de fes no polarisants Espai d'aire - Quan les hipotenuses de dos prismes triangulars s'apilen molt prop una de l'atra en espai d'aire, reflexió total interna frustrada en un prisma fa possible acoplar part de la radiació en una ona de propagació en el segon prisma. La potència transmesa cau exponencialment en l'esgambi de la rendija, per lo que es pot sintonizar en molts órdens de magnitut per mig d'un tornell micrométrico.

Polarisador

Una atra classe és la formada pels prismes polarisadors que utilisen la birrefringencia per a dividir un fes de llum en components de distinta polarisació. En les regions visibles i ultravioleta, tenen pèrdues molt baixes i la seua relació d'extinció sol ser superior a $10^5:1$, lo que és superior a atres tipos de polarisadors. Poden o no amprar la reflexió interna total;

Una polarisació se separa per reflexió interna total:

• • Prisma de Nicol
  • Prisma de Glan-Foucault
  • Prisma de Glan-Taylor, una variant d'alta potència que també es denota com a prisma Glan-làser
  • Prisma de Glan-Thompson

• Una polarisació es desvia només per la refracció diferent:
  • Prisma de Rochon
  • Prisma de Sénarmont

• Abdós #polarisació es desvien per refracció:
  • Prisma de Wollaston
  • Prisma de Nomarski - una variant del prisma de Wollaston en ventages en microscopía.

Les dos #polarisació permaneixen paraleles, pero estan separades espacialmente:

• • Desplazadores del fes de polarisació, típicament fets d'un gros cristal anisotrópico en facetes paraleles al pla.

Solen estar fets d'un material cristalí birrefringente com la calcita, pero atres materials com el cuarzo i el borat de bari beta α-BBO poden ser necessaris per a aplicacions UV, i uns atres (MgF2, YVO4 i TiO2 ampliaran la transmissió fins al ranc espectral del infrarrojo.

Depolarizador

Els cristals birrefringentes també poden ensamblarse de manera que es produïxca una despolarización aparent de la llum.

• Depolarizador de Cornu
• Depolarizador de Lyot

Observe's que la despolarización no s'observaria per a una ona plana monocromàtica ideal, ya que en realitat abdós dispositius convertixen la reducció de la coherència temporal o la coherència espacial, respectivament, del fes en descoherencia dels seus components de polarisació.

Uns atres

No obstant, els prismes fets de material isotrópico com el vidre també alteraran la polarisació de la llum, ya que reflexió parcial baix ànguls oblicuos no manté la relació d'amplitut (ni la fase) de les components s- i p-polarisades de la llum, lo que du a una polarisació elíptica general. Est és generalment un efecte no desijat dels prismes dispersivos. En alguns casos pot evitar-se elegint una geometria de prisma en la que la llum entre i ixca baix un àngul perpendicular, per mig de la compensació a través d'una trayectòria de llum no plana, o per mig de l'us de llum p-polarisada.

La reflexió total interna només altera la fase mútua entre la llum polarisada s i p. Baixe un àngul d'incidència ben elegit, esta fase és propenca a $\pi /4$.

• Rombo de Fresnel utilisa este efecte per a conseguir la conversió entre la polarisació circular i la llineal. Esta diferència de fase no depén explícitament de la llongitut d'ona, sino només de l'índex de refracció, per lo que els rombos de Fresnel fabricats en vidres de baixa dispersió conseguixen un ranc espectral molt més ampli que les plaques d'un quarto d'ona. No obstant, desplacen el fes.

El rombo de Fresnel doble, en reflexió cuádruple i desplaçament zero del fes, substituïx a una placa de mija ona. També es pot utilisar un efecte similar per a fer una òptica que mantinga la polarisació.

Us en fotografia

L'us de la refracció de la llum per mig de l'us de prismes (geometria) s'està fent cada volta més popular en la fotografia creativa, tant que ha sorgit el terme prisming com a moda fotogràfica. D'esta forma, es creen rajos de llum dels diferents colors del arcoíris o reflexos de tons blancs, azulados o anaranjados depenent de la temperatura de color ambient en funció de la llum utilisada o de l'hora solar. Esta série de reflexos creen un clima lluminós.

El seu principal us se situa en la fotografia de retrat i fotografia artística, sobretot en events especials com a bodes. Un dels principals fotógrafs expert en esta tècnica fotogràfica és Sam Hurd, fotógraf americà que ha retratat a famosos com Morgan Freeman, George Clooney o Donald Trump.

Vore també

• Dispersió refractiva
• Polarisació electromagnètica
• Llei de Snell
• Prisma de Porro
• Refracció
• Índex de refracció
• Espectre visible
• Fotografia academicista
• The Dark Side Of The Moon

Referències

Bibliografia

• Guillaume Édmé Charles Goury, Recherches historico-monumentals : concernant els sciences, els arts de l'antiquité et leur émigration d'Orient en Occident, Paris, Firmin Didot Frères, 1833, 600 p. (lire en ligne [archive])
• Édmé-François Jomard, Description de l'Egypte : Ou recueil dones observations et dones recherches qui ont été faites en Egypte pendant l'expédition de l'armée française, t. 2, Paris, Imprimerie Royale, 1818, 298 p. (lire en ligne [archive])
• Achille Deville, Histoire de l'art de la verrerie dans l'antiquité, Paris, A. Morel et Cie, 1871, 349 p. (lire en ligne [archive])
• Antoine Libes, Histoire philosophique dones progrès de la physique, t. 2, 1810, viii-291 (OCLC 489639597, lire en ligne [archive])
• Francesco Algarotti (trad. Du Perron de Casterra), Li newtonianisme pour els dames : Ou entretiens sur la lumière, sur els couleurs et sur l'attraction, t. 2, Paris, Montalant, 1739, 2i éd., 316 p. (lire en ligne [archive])
• Harris Benson (trad. de l'anglais), Physique 3 : Ondes, optique et physique moderne, Laval, De Boeck, 2009, 4i éd., 226 p. (ISBN 978-2-8041-0763-5, lire en ligne [archive])
• Bernard Balland, Optique géométrique : Imagerie et instruments, Lausanne, Presses polytechniques universitaires romandes, coll. « Sciences appliquées », 2007, 860 p. (ISBN 978-2-88074-689-6, lire en ligne [archive])
• Alexandre Moatti, Einstein, un siècle contre lui, Paris, Odile Jacob, 2007, 305 p. (ISBN 978-2-7381-2007-6, lire en ligne [archive])
• Caroline Kovarski (dir.), L'opticien-lunetier : Guide théorique et pratique, Paris, Lavoisier, coll. « Tec&Doc », juin 2009, 1634 p. (ISBN 978-2-7430-1088-1, présentation en ligne [archive], lire en ligne [archive])
• Raymond A. Serway, Physique III : Optique et physique moderne, Laval, Editions mémoire vivante, 1992, 762 p. (ISBN 2-8041-1606-9, lire en ligne [archive])
• Philippe Lanthony, Dictionnaire du strabisme : Physiologie et clinique, Maloine, 1983, 196 p. (ISBN 0-8288-1813-4 et 978-0828818131, lire en ligne [archive])
• (en) Olivier Darrigol, A history of optics : From greek antiquity to the nineteenth century, New York (US), Oxford university press, 2012, 327 p. (ISBN 978-0-19-964437-7, LCCN 2011945380, lire en ligne [archive])

• (en) F. Twyman, Prism and Lens Making : A Textbook for Optical Glassworkers, Taylor & Francis, 1988, 2i éd., 640 p. (ISBN 0-85274-150-2, lire en ligne [archive])
• (en) Dudley H. Williams, Spectroscopy, 1976 (lire en ligne [archive])
• (en) Resa Ghodssi et Pinyen Lin, MEMS Materials and Processes Handbook, Springer, mars 2011, 1224 p. (lire en ligne [archive])

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Prisma (òptica).

Simulador de prisma òptic