Prisma (óptica)

Un prisma óptico es un elemento óptico transparente con superficies planas y pulidas que están diseñadas para refractar la luz. Al menos una superficie debe tener ángulo; los elementos con dos superficies paralelas no son prismas. El tipo más familiar de prisma óptico es el prisma triangular, que tiene una base triangular y lados rectangulares. No todos los prismas ópticos son prismas geométricos, y no todos los prismas geométricos cuentan como un prisma óptico. Los prismas se pueden fabricar con cualquier material que sea transparente a las longitudes de onda para las que están diseñados. Los materiales típicos incluyen vidrio, acrílico y fluorita.

Se puede usar un prisma dispersivo para descomponer la luz blanca en sus colores espectrales constituyentes (los colores del arco iris) como se describe en la siguiente sección. Se pueden usar otros tipos de prismas que se indican a continuación para reflejar la luz o para dividir la luz en componentes con diferentes polarizaciones.

Tipos

Dispersivo

Los prismas dispersivos se utilizan para descomponer la luz en sus colores espectrales constituyentes porque el índice de refracción depende de la longitud de onda; la luz blanca que ingresa al prisma es una mezcla de diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales se dobla de manera ligeramente diferente. La luz azul se ralentiza más que la luz roja y, por lo tanto, se curvará más que la luz roja.

• Triangular prism
• El prisma de Amici y otros tipos de prismas compuestos
• Prisma de litera con espejo en la cara trasera
• Pellín – prisma broca
• Abbe prism
• Grism, un prisma dispersivo con una rejilla de difracción en su superficie
• Féry prism

La dispersión espectral es la propiedad más conocida de los prismas ópticos, aunque no es el propósito más frecuente del uso de prismas ópticos en la práctica.

Reflexiva

Los prismas reflectantes se utilizan para reflejar la luz, con el fin de voltear, invertir, rotar, desviar o desplazar el haz de luz. Por lo general, se utilizan para erigir la imagen en binoculares o cámaras réflex de un solo objetivo; sin los prismas, la imagen estaría al revés para el usuario.

Los prismas reflectantes utilizan la reflexión interna total para lograr una reflexión casi perfecta de la luz que incide en las facetas en un ángulo lo suficientemente oblicuo. Los prismas suelen estar hechos de vidrio óptico que, combinado con el revestimiento antirreflectante de las facetas de entrada y salida, conduce a una pérdida de luz significativamente menor que los espejos metálicos.

• Número extraño de reflexiones, proyectos de imagen como volcado (espejado)
  • reflector de prismas triangulares, proyectos paralelos de imagen (dispersión cromática es cero en caso de entrada perpendicular e incidencia de salida)
  • Roof pentaprism proyectos imagen laterales volteados a lo largo del otro eje
  • Dove prism proyecta imagen hacia adelante
  • Corner-cube retroreflector proyecta imagen hacia atrás
• Incluso el número de reflexiones, proyectos de imagen verticales (sin cambios en la entrega; pueden o no ser rotados)
  • Porro prism proyecta imagen hacia atrás y desplazada
  • El prisma de Porro-Abbe proyecta imagen hacia adelante, rotada por 180° y desplazada
  • Prismo Perger un desarrollo basado en el prisma Porro-Abbe, proyecta imagen hacia adelante, rotado por 180° y desplazado
  • El prisma Abbe-Koenig proyecta imagen hacia adelante, rota por 180° y collinear (4 reflexiones internas [2 reflexiones están en las llanuras de techo])
  • El prisma de Bauernfeind proyecta las vías de imagen (inclinado por 45°)
  • El prisma del techo de Amici proyecta los laterales de la imagen
  • Pentaprism proyectos imagen laterales
  • Schmidt–Pechan priism proyecta imagen hacia adelante, rotada por 180° (6 reflexiones [2 reflexiones están en las llanuras de techo]; compuestas de la parte Bauernfeind y parte Schmidt)
  • El prisma de Uppendahl proyecta imagen hacia adelante, rota por 180° y collinear (6 reflexiones [2 reflexiones están en las llanuras de techo]); compuesto por 3 prismas cementados juntos)

División de haz

Se pueden depositar varias capas ópticas de película delgada sobre la hipotenusa de un prisma en ángulo recto y cementarse a otro prisma para formar un cubo divisor de haz. El rendimiento óptico general de dicho cubo está determinado por la capa delgada.

En comparación con un sustrato de vidrio habitual, el cubo de vidrio brinda protección de la capa de película delgada desde ambos lados y una mejor estabilidad mecánica. El cubo también puede eliminar los efectos de etalón, la reflexión de la parte posterior y la ligera desviación del haz.

• filtros dicroicos de color forman un prisma dicroico
• Las vigas de cubo polarizantes tienen menor relación de extinción que las birefringentes, pero menos costosas
• Los espejos parcialmente metallizados proporcionan sistemas de rayos no polarizadores
• Distancia aérea Cuando las hipotensiones de dos prismas triangulares se apilan muy cerca unos de otros con brecha de aire, la reflexión interna total frustrada en un prisma hace posible unir parte de la radiación en una onda propagante en el segundo prisma. La potencia transmitida cae exponencialmente con el ancho de la brecha, por lo que puede ser sintonizada sobre muchas órdenes de magnitud por un tornillo micrométrico.
• Biprisma (o Biprismo de Fresnel): dos prismas se unieron a sus bases, formando un ángulo de vértice ancho (~ 180°); utilizado en la interferometría de cómputo común.

Polarizante

Otra clase está formada por polarización de prismas que utilizan la birefringencia para dividir un rayo de luz en componentes de polarización variable. En las regiones visibles y UV, tienen pérdidas muy bajas y su ratio de extinción generalmente supera 105:1{displaystyle 10^{5}:1}, que es superior a otros tipos de polarizadores. Pueden o no emplear la reflexión interna total;

• Una polarización se separa por reflexión interna total:
  • Prisma de Nicol
  • Glan-Foucault prism
  • El prisma Glan-Taylor, una variante de alta potencia de la cual también se denota como prisma Glan-laser
  • Glan-Thompson prism
• Una polarización es desviada por diferentes refracción solamente:
  • Prichonismo rochon
  • Sénarmont prism
• Ambas polarizaciones se desvían por refracción:
  • Wollaston prism
  • El prisma de Nomarski – una variante del prisma de Wollaston donde p- y s...los componentes emergen desplazados y convergen entre sí; importante para la microscopía de contraste de interferencia diferencial
• Ambas polarizaciones permanecen paralelas, pero están separadas espacialmente:
  • separadores de vigas de polarización, típicamente hechos de cristal anisotrópico grueso con facetas planas

Por lo general, están hechos de un material cristalino birrefringente como la calcita, pero otros materiales como el cuarzo y el α-BBO pueden ser necesarios para aplicaciones UV, y otros (MgF2, YVO4 y TiO2) extenderán la transmisión más allá del rango espectral infrarrojo.

Despolarizador

Los cristales birrefringentes también se pueden ensamblar de manera que conduzcan a una aparente despolarización de la luz.

• Cornu depolarizer
• Lyot depolarizer

Tenga en cuenta que la despolarización no se observaría para una onda plana monocromática ideal, ya que en realidad ambos dispositivos convierten la coherencia temporal reducida o la coherencia espacial, respectivamente, del haz en decoherencia de sus componentes de polarización.

Otros

Sin embargo, los prismas hechos de materiales isotrópicos como el vidrio también alterarán la polarización de la luz, ya que la reflexión parcial bajo ángulos oblicuos no mantiene la relación de amplitud (ni la fase) de los componentes polarizados s y p de la luz, lo que lleva a polarización elíptica general. Este es generalmente un efecto no deseado de los prismas dispersivos. En algunos casos, esto se puede evitar eligiendo una geometría de prisma en la que la luz entre y salga en un ángulo perpendicular, mediante compensación a través de una trayectoria de luz no plana o mediante el uso de luz polarizada p.

La reflexión interna total altera sólo la fase mutua entre la luz s- y la p-polarizada. Bajo un ángulo de incidencia bien elegido, esta fase está cerca de π π /4{displaystyle pi /4}.

• Fresnel rhomb utiliza este efecto para lograr la conversión entre polarización circular y lineal. Esta diferencia de fase no depende explícitamente de longitud de onda, sino sólo de índice refractivo, por lo que las roturas de Fresnel hechas de vasos de baja dispersión logran un rango espectral mucho más amplio que las placas de onda trimestral. Desplazan la viga, sin embargo.
• Bomba de fresnel doble, con reflejo cuádruple y desplazamiento de haz cero, sustituye una placa de media onda.
• El efecto similar también se puede utilizar para hacer una óptica que contenga polarización.

Otros usos

La reflexión interna total en prismas encuentra numerosos usos a través de la óptica, la plasmónica y la microscopía. En particular:

• Los prismas se utilizan para pareja propagando luz a plasmones superficiales. O la hipotenusa de un prisma triangular se metaliza (configuración Kretschmann), o la onda evanescente se une a una superficie metálica muy cercana (configuración Otto).
• Algunos medios activos láser se pueden formar como un prisma donde el haz de bomba de baja calidad entra en la faceta delantera, mientras que el haz amplificado experimenta una reflexión interna total bajo la incidencia de pastoreo de él. Tal diseño sufre menos estrés térmico y es fácil de bombear por diodos láser de alta potencia.

Other uses of prisms are based on their beam-deviation refraction:

• Los prismas de cuña se utilizan para desviar un rayo de luz monocromática por un ángulo fijo. Un par de tales prismas se pueden utilizar para la dirección del haz; girando los prismas el haz puede ser desviado en cualquier ángulo deseado dentro de un "campo de respeto cínico". La implementación más comúnmente encontrada es un par de prisma de Risley.
• Las ventanas transparentes de, por ejemplo, cámaras de vacío o cuvettes también se pueden mojar ligeramente (10' - 1°). Si bien esto no reduce la reflexión, suprime las interferencias Fabry-Pérot que de otro modo modulan su espectro de transmisión.
• Pareja anamorfa de prismas similares, pero asimétricamente colocados también puede cambiar el perfil de una viga. Esto se utiliza a menudo para hacer un rayo redondo de la salida elíptica de un diodo láser. Con su luz monocromática, una ligera dispersión cromática derivada de diferentes inclinaciones de cuña no es un problema.
• Los prismas de cubierta se utilizaron en naves de vela para llevar la luz del día debajo de la cubierta, ya que las velas y las lámparas de queroseno son un peligro de incendio en barcos de madera.

En optometría

Al desplazar las lentes correctivas fuera del eje, las imágenes que se ven a través de ellas se pueden desplazar de la misma manera que un prisma desplaza las imágenes. Los profesionales del cuidado de los ojos usan prismas, así como lentes fuera del eje, para tratar varios problemas ortópticos:

• Diplopia (doble visión)
• Problemas de fusión positivos y negativos

Las gafas de prisma con un solo prisma realizan un desplazamiento relativo de los dos ojos, corrigiendo así eso, exo, hiper o hipotropía.

En cambio, las gafas con prismas de igual potencia para ambos ojos, llamadas prismas en yugo (también: prismas conjugados, lentes ambientales o gafas de rendimiento) desplazan el campo visual de ambos ojos en la misma medida.