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Umfassende Zusammenfassung der Arten von optischen Prismen (Teil 2)

2. Zusammenfassung der gängigen optischen Prismen
2.1 Bauernfeind Prism
In diesem Prismatyp tritt der Lichtstrahl senkrecht auf eine Fläche ein, wird zweimal im Inneren des Prismas reflektiert und tritt senkrecht von einer anderen Fläche aus. Es gibt zwei Nutzungsmodi: Vorwärtsnutzung und Rückwärtsnutzung. Bei der Vorwärtsnutzung tritt das Licht durch die geneigte Fläche ein und tritt von der kurzen Fläche aus. Bei der Rückwärtsnutzung tritt das Licht durch die kurze Fläche ein und tritt durch die geneigte Fläche aus.
Die charakteristische Eigenschaft dieses Prismatyps ist, dass der Winkel δ zwischen dem austretenden Licht und dem einfallenden Strahl gleich dem Basiswinkel α des Prismas ist, und der andere Basiswinkel β des Prismas ist die Hälfte von α. Durch die Verwendung dieses Prismatyps kann der einfallende Strahl um Winkel von 30°, 45° oder 60° abgelenkt werden. Da es im Inneren des Prismas zwei Reflexionen gibt, muss auf den Energieverlust des Lichtstrahls geachtet werden. Falls erforderlich, sollte eine reflektierende Beschichtung auf die reflektierenden Flächen aufgebracht werden.
2.2 90°-Bauernfeind Prism
Wenn der Lichtstrahl durch die kurze Fläche eintritt und sowohl der Einfallswinkel als auch der Basiswinkel des Prismas 45 Grad betragen, wird der austretende Strahl in eine Richtung emittiert, die senkrecht zum einfallenden Strahl steht. An diesem Punkt wird der austretende Strahl nicht senkrecht zur Austrittsfläche sein.
Die Eigenschaft dieses Prismatyps besteht darin, dass der Lichtstrahl, solange er zwei Reflexionen im Inneren durchläuft, der ausgehende Strahl senkrecht zum einfallenden Strahl bleibt, selbst wenn es eine leichte Änderung des Einfallswinkels gibt. Es ist wichtig zu beachten, dass die einfallenden und ausgehenden Strahlen nicht senkrecht zu den Ein- und Austrittsflächen sind, sodass dieser Prismatyp während der Verwendung einige Aberrationen und Dispersionen einführen kann.
2.3 Dove Prism
Der Querschnitt eines Taubenprismas ist trapezförmig. Der Lichtstrahl tritt durch die geneigte Fläche auf einer Seite des Trapezes ein, wird einmal im Inneren des Prismas reflektiert und tritt durch die geneigte Fläche auf der gegenüberliegenden Seite aus.
Ein aufrechtes Bild wird nach dem Durchgang durch das Taubenprisma um 180 Grad invertiert. Daher wird das Taubenprisma häufig als Bildrotator verwendet. Da der Einfallswinkel nicht senkrecht zur Eintrittsfläche ist, verhält sich das Taubenprisma, wenn es entlang der reflektierenden Fläche entfaltet wird, wie eine geneigte parallele Platte. Der Lichtstrahl erfährt eine Dispersion im Inneren des Prismas, und verschiedene Lichtfarben erscheinen parallel am Ausgang.
2.4 Wollaston-Prisma
Im Wollaston-Prisma tritt der Lichtstrahl senkrecht zur einfallenden Fläche ein, wird zweimal reflektiert und tritt senkrecht zur Austrittsfläche aus. Der Ablenkwinkel zwischen dem ausgehenden Strahl und dem einfallenden Strahl beträgt 90 Grad.
Der Unterschied zum Pentaprisma besteht darin, dass der Lichtstrahl im Wollaston-Prisma eine totale interne Reflexion erfährt, die eine totale Reflexion ohne zusätzliche Beschichtungen auf der PrismOberfläche ermöglicht. In der Praxis können zwei Amici-Prismen zusammengeklebt werden, um ein Wollaston-Prisma zu bilden, wie im rechten Diagramm oben gezeigt. Der Basiswinkel des Amici-Prismas beträgt 67,5 Grad.
Neben den beiden oben genannten Reflexionen kann der Strahl, wenn die Höhe des einfallenden Strahls erhöht wird, vier Reflexionen innerhalb des Wollaston-Prismas durchlaufen und senkrecht zur Austrittsfläche austreten, mit einem Ablenkwinkel von 90 Grad.
2.5 Sprenger–Leman-Prisma
Dieses Prisma ist nach seinem Erfinder benannt. Nachdem der Lichtstrahl senkrecht zur Oberfläche eintritt, durchläuft er drei Reflexionen im Inneren des Prismas und tritt in die ursprüngliche Richtung aus. Die Austrittsrichtung ist senkrecht zur Austrittsfläche, mit einer longitudinalen Verschiebung relativ zum einfallenden Strahl.
Der spitze Winkel an dem Punkt, an dem das Licht in das Prisma eintritt, beträgt 30 Grad. In diesem Fall ist die Verschiebungsdistanz v des Lichtstrahls doppelt so groß wie der Strahldurchmesser D.
2.6 Huet Prism
Im Huet-Prisma tritt der Lichtstrahl weiterhin senkrecht zur einfallenden Fläche ein und verlässt senkrecht zur Austrittsfläche, wobei der ausgehende Strahl in die gleiche Richtung ausgerichtet ist wie der einfallende Strahl. Das Licht durchläuft fünf Reflexionen im Inneren des Prismas, was eine größere Verschiebung des Lichtstrahls ermöglicht.
2.7 Eckwürfelprisma
Der Eckenwürfelprisma, auch bekannt als Retroreflektor, besteht aus drei zueinander senkrechten rechtwinkligen Flächen, die einem aus einem Würfel herausgeschnittenen Eck ähneln. Es ermöglicht, dass ein einfallender Lichtstrahl dreimal innerhalb des Prismas reflektiert wird und dann in die genau entgegengesetzte Richtung des einfallenden Strahls austritt, wodurch das Licht effektiv um 180 Grad abgelenkt wird. Die Reflexionen innerhalb des Prismas sind totale interne Reflexionen, was zu keinem Energieverlust führt. Das physische Erscheinungsbild des Eckenwürfelprismas ist im Diagramm unten dargestellt. Es wird häufig in Bereichen wie Lasermessung und Projektion verwendet.
2.8 Konstante Abweichungsprisma
Durch die Wahl einer geeigneten Einfallsrichtung kann ein regulärer dreiseitiger Prisma einen konstanten Strahlabweichungswinkel bieten. Unten ist ein Beispiel für ein konstanten Abweichungsprisma:
Im oben gezeigten Prisma sind die Winkel zwischen der langen Seite und den beiden kurzen Seiten α-β und α+β. Wenn der Lichtstrahl unter einem Winkel von α-β durch die kurze Seite eintritt, ist der Ablenkwinkel δ zwischen dem ausgehenden Strahl und dem einfallenden Strahl unabhängig vom Einfallswinkel und bleibt konstant bei 180°-2α. Weder das einfallende noch das ausgehende Licht ist jedoch senkrecht zur Ein- oder Austrittsfläche. Beispiele für diesen Typ von Prisma sind das Abbe-Prisma und das Pellin-Broca-Prisma.
2.9 Littrow-Prisma
Als ein Sonderfall des konstanten Abweichungsprismas kann das Littrow-Prisma den einfallenden Strahl entlang seines ursprünglichen Pfades zurückführen und zeigt Eigenschaften der Autokollimation. Der optische Weg ist im folgenden Diagramm dargestellt:
2.10 Keilprisma
Ein Keilprisma ist ein Prismaelement mit einem spezifischen Keilwinkel, das an einem Ende dick und am anderen Ende dünn ist, wie im folgenden Diagramm dargestellt.
Durch die Verwendung eines Keilprismas kann der übertragene Lichtstrahl in eine Richtung abgelenkt werden. Eine weitere häufige Anwendung des Keilprismas ist die Strahltrennung. Wenn ein Lichtstrahl durch ein Keilprisma hindurchtritt, wird er in zwei Strahlen aufgeteilt: einer wird reflektiert und der andere wird übertragen. Der Winkel der Strahltrennung kann durch Anpassung des Winkels des Prismas oder durch Änderung des Brechungsindex des Materials, aus dem das Prisma hergestellt ist, kontrolliert werden, was Keilprismen in Lasersystemen weit verbreitet macht.
3. Fazit
In diesem Artikel, aufbauend auf dem vorherigen, haben wir die Strukturen von zehn zusätzlichen optischen Prismen zusammengefasst und vorgestellt, darunter das Bauernfeind-Prisma, das Tauben-Prisma und das Eckwürfel-Prisma, unter anderem. Es wird empfohlen, dass die Leser diesen Artikel speichern, damit sie ihn für gezielte Informationen wiederheranziehen können, wenn sie in ihrer Arbeit auf diese Prismen stoßen. Es ist erwähnenswert, dass die oben vorgestellten Prismen alle Einzel-Element-Prismen sind. Im nächsten Artikel werden wir integrierte Prismen besprechen, die aus zwei oder mehr Prismen bestehen und ebenfalls viele Anwendungen in optischen Systemen haben. Bleiben Sie dran!
Tommy