Оптичні призми
Визначення і загальна характеристика
ОПТИ́ЧНІ ПРИ́ЗМИ — оптичні елементи з прозорого матеріалу для робочого діапазону довжин хвиль, у яких дві з протилежних граней не є паралельними. О. п. призначені для простор. керування світл. пучками, розкладання світла у спектр, поляризації світла, розщеплення оптич. пучків і компенсації оптич. різниці ходу. Явище дисперсії світла (розкладання світла у спектр) за допомогою О. п. спостерігали Пліній Старший і Анней Луцій Сенека у Римській імперії (1 ст. н. е.). Між 1664 та 1668 англ. фізик І. Ньютон здійснив перший цілеспрямований експеримент зі спостереження цього явища за допомогою О. п. та пояснив його. О. п. для простор. керування світл. пучками (відбиваючі О. п.) використовують для перевертання, інвертування, обертання зображення та відхилення або зміщення світл. променів. Вони функціонують на основі ефекту повного внутр. відбивання, а виготовляють їх переважно з оптич. скла. До відбиваючих О. п. зараховують призми з непар. кількістю відбивань, що формують дзеркально-симетр. зображення, а саме: трикут. призм. відбивач, що проектує зображення вбік (хроматична дисперсія дорівнює нулю у випадку перпендикуляр. входу та виходу); пентапризма з «дахом» відхиляє зображення на сталий кут, рівний 90°, без його дзеркал. відображення; призма Дове — відбивна призма, призначена для обертання зображення при збереженні напрямку світла; кутовий кубіч. світловідбивач відбиває падаючий промінь лише у зворот. напрямку. Відбиваючі О. п. з парною кількістю відбивань, що формують не дзеркально-симетр. зображення: призма Порро проектує перевернуте зображення у зворот. напрямку, серед її різновидів — призми Перже-Порро та Порро-Аббе; призма Аббе-Кеніґа проектує перевернуте зображення у напрямку поширення вхід. випромінювання; призма Бауернфайнда відхиляє промінь на кут від 45° до 60°, залежно від її конструкції, при цьому зображення не перевертається і дзеркально не відображається; призма Амічі з «дахом» відхиляє промінь на 90° з одночас. перевертанням зображення; пентапризма відхиляє зображення на 90°; призма Шмідта-Пехана перевертає зображення на кут 180° при збереженні напрямку поширення оптич. променя. О. п., призначені для розкладання світла в спектр (дисперс. О. п.), використовують в оптич. спектроскопії, їх виготовляють з оптич. скла типу флінт, що має велику дисперсію показника заломлення. До таких О. п. зараховують: трикутну призму, що переважно виготовляють у вигляді рівносторон. призми з кутом при вершині 60°; призму Амічі, для якої використовують 2 типи оптич. скла з різними показниками заломлення та дисперсії, і яка не змінює напрямку поширення хвиль з певною довжиною; призму Літрова з дзеркалом на задній грані, в якій падаючий промінь світла, що входить під кутом Брюстера, зазнає мін. відхилення і, отже, макс. дисперсії; призму Пелліна-Брока (відхиляюча О. п.) з постій. кутом відхилення променя певної довжина хвилі на кут 90°; призму Аббе, виготовлену таким чином, що промінь певної довжини хвилі відхиляється на кут 60°; ґратк. призму, яка є поєднанням призми з дифракц. ґраткою, що не відхиляє світло з вибраною центр. довжиною хвилі; призму Фері, яка водночас з розкладанням у спектр пучка променів забезпечує їх фокусування, що досягається тим, що робочі грані призми викривлені, а одна з них є дзеркалом. О. п. для поляризації світла використовують двопроменезаломлення для розділення променя світла на компоненти з різною поляризацією. При цьому в деяких з них використовують повне внутр. відбивання. Поляризац. О. п. на основі повного внутр. відбивання: призма Ніколя, що складається з паралелепіпеда, вирізаного із ісланд. шпату, розрізаного під кутом 68° і склеєного канад. бальзамом; призма Ґлана-Томпсона, що складається з 2-х прямокут. кальцит. призм, скріплених разом своїми довгими гранями — оптичні осі кристалів кальциту паралельні та орієнтовані перпендикулярно до площини відбивання, двопроменезаломлення розділяє світло, що потрапляє в призму, на два промені, переважно p-поляризований промінь зазнає повного внутр. відбивання від межі кальцит-цемент, а проходить лише s-поляризований незвичайний промінь; призма Ґлана-Фуко, що за конструкцією схожа на призму Ґлана-Томпсона, за винятком того, що дві прямокутні кальцит. призми розділені повітряним прошарком; призма Ґлана-Тейлора складається з 2-х трикут. призм кальциту (або ін. двопроменезаломлюючого матеріалу), розділених повітряним прошарком — оптичні осі кристалів кальциту розташ. паралельно площині відбивання, повне внутр. відбивання s-поляризованого світла від повітряного прошарку забезпечує те, що тільки p-поляризоване світло пропускається пристроєм. Поляризац. О. п., що виділяють промінь з певною ліній. поляризацією тільки за рахунок двопроменезаломлення: призма Рошона, яку виготовляють шляхом склеювання 2-х призм з двопроменезаломлюючого матеріалу (кальциту), при цьому s-поляризоване світло відхиляється, тоді як p-поляризована компонента поширюється без зміни напрямку; призма Сенармона, що подібна до призми Рошона з тією відмінністю, що p-поляризоване світло відхиляється, тоді як s-поляризована компонента поширюється без зміни напрямку. Поляризац. О. п., в яких обидва промені з різними ліній. поляризаціями відхиляються за рахунок двопроменезаломлення: призма Волластона складається з двох склеєних трикут. кальцит. призм із перпендикулярно орієнтованими оптич. осями, на виході з призми 2 промені з взаємно ортогонал. ліній. поляризаціями розходяться під певним кутом (від 1° до 45°), значення якого залежить від кута склеювання та довжини світл. хвилі; призма Номарського, одна з трикутних призм якої є така ж як і у призмі Волластона, а інша модифікована шляхом розрізання кристала таким чином, щоб оптична вісь була зорієнтована під кутом до плоскої поверхні призми, така модифікація забезпечує фокусування світл. променів за межами призми, що є перевагою такої призми у диференцій. інтерференційно-контраст. мікроскопії (мікроскопії Номарського); поляризац. призма з товстого анізотроп. кристала з плоско-паралел. гранями дозволяє на виході з призми забезпечити паралел. поширення променів з взаємно ортогонал. поляризаціями. О. п. для розщеплення оптич. пучків (світлоподіл. О. п.), призначені для поділу оптич. променя на два промені, виготовляють склеюванням 2-х рівнобедрених прямих трикут. призм для формування світлоподіл. куба. Заг. оптичні характеристики такого куба обумовлені властивостями тонкошар. плівки, нанесеної між призмами. До них зараховують: не поляризаційний світлоподіл. куб, призначений для поділу променя на два промені певної інтенсивності, який складається з двох О. п. та метал. плівки між ними, нанесеної на поверхню склеювання; поляризац. кубіч. світлоподільник, що виготовляють з 2-х трикут. призм, розділених діелектр. покриттям, призначеним для розділення падаючого неполяризованого монохроматич. променя на дві компоненти s- та p-поляризації; дихроїчна О. п., що розділяє світло на 2 пучки різної довжини хвилі, — система з дихроїч. призм утворює трихроїчну призму, що розділяє промені 3-х кольорів (переважно червоного, зеленого і синього), трихроїчна призма переважно складається з однієї або кількох скляних призм із дихроїч. оптич. покриттями, що вибірково відбивають або пропускають світло з різною довжиною хвилі; призма з регульованим повітряним прошарком, яку виготовляють з 2-х трикут. призм, в якій за рахунок зміни товщини прошарку порушується умова повного внутр. відбивання, що дає змогу керувати інтенсивністю розділених променів. О. п. для компенсації оптич. різниці ходу (компенсац. О. п.) використовують в лінійних і циркуляр. полярископах. До них належать: призма (компенсатор) Солейля, що складається з 2-х кварц. клинів, з паралельно орієнтованими оптич. осями, та однієї кварц. пластини з оптич. віссю, перпендикулярною до оптич. осей клинів; призма (компенсатор) Бабіне, що складається з 2-х кварц. клинів, вирізаних таким чином, що оптичні осі в них є взаємно перпендикулярними, а клини можуть переміщатися один відносно одного; призма (компенсатор) Волластона, що є подібною до компенсатора Бабіне з тою різницею, що в цьому випадку клини є склеєними, а на поверхню клина нанесена шкала з нульовою відміткою різниці ходу; призма (компенсатор) Райта, що складається з кварц. пластини і кварц. клина зі взаємно перпендикуляр. оптич. осями, а на похилу поверхню клина нанесена шкала.