Призма (оптика)

Призма или оптичка призма — во оптикаta, обично е тристрана призма, направена од стакло или некој друг проѕирен материјал. Кога зрак монохроматска светлина паѓа на една површина од тристрана призма, тој се прекршува на влезот и излезот од призмата. Аголot под кој зракот отстапува од неговата првобитна насока, поминувајќи низ призмата, се нарекува агол на отстапување ''θ'', и зависи од аголот на призмата ''α'' и показателот на прекршување ''n'' на материјалот од кој е направена призмата. Со мерење на аголот на отстапување и соодветниот агол на призмата, може да се пресмета показателот на прекршување на материјалот од призмата. Аголот на отстапување зависи и од аголот на упаѓање на зракот. Тоа е најмал ''θ<sub>min</sub>'' кога зракот симетрично минува низ призмата. За призмата прикажана десно важи следното:
:<math>\begin{align}
\theta'_0 &= \, \text{arcsin} \Big( \frac{n_0}{n_1} \, \sin \theta_0 \Big) \\
\theta_1 &= \alpha - \theta'_0 \\
\theta'_1 &= \, \text{arcsin} \Big( \frac{n_1}{n_2} \, \sin \theta_1 \Big) \\
\theta_2 &= \theta'_1 - \alpha
\end{align}</math>
каде што ''n'' е показателот на прекршување на материјалот од призмата. Бидејќи аголот на отстапување зависи од показателот на прекршување и показателот на прекршување на брановата должина на светлината, призмата може да се користи за раздвојување на светлината на компоненти и на тој начин да се добие дисперзија на светлината. Ова својство на призмата се користи за добивање на спектри во спектроскопски инструменти. Призмата за целосно одбивање е тристрана правоаголна призма која, поради целосна одбивање, може да ротира зрак светлина за 90 ° или да го врати назад. Овие призми се користат во многу оптички инструменти (на пример, Николова призма).
1 Прекршување на светлината во призма
Оптичка призма е проѕирно тело ограничено со две рамнини кои се сечат под остар агол наречен агол на прекршување на призмата ''ρ''. Зракот се прекршува на влезот во призмата во точката A и на излезот од призмата во точката B. Во точката A зракот отстапува од првобитната насока за агол ''δ<sub>1</sub> = α<sub>1</sub> - β<sub>1</sub>''. Во точката B за аголот ''δ<sub>2</sub> = α<sub>2</sub> - β<sub>2</sub>'', значи вкупното отклонување или отстапување на светлосниот зрак од неговата оригинална насока:
:<math> \delta = \delta_1 + \delta_2 = (\alpha_1 - \beta_1) + (\beta_2 - \alpha_2) </math>
Бидејќи збирот на аглите во триаголникот е 180 °:
:<math> (90^\circ - \beta_1) + (90^\circ - \alpha_2) + \rho = 180^\circ </math>
и од таму:
:<math> \rho = \alpha_2 + \beta_1 </math>
Ако го вклучиме ова во изразот за отстапување, ќе добиеме:
:<math> \delta = \alpha_1 + \beta_2 - \rho </math>
Отстапувањето ќе биде најмало кога зракот светлина ќе помине симетрично низ призмата, односно кога ''α<sub>1</sub> = β<sub>2</sub>''. Ако аголот на прекршување ''ρ'' е мал, имаме тенка призма, па сите други агли се мали. Според тоа, во изразот за показателот на прекршување можеме да ги замениме синусите со самите агли, односно:
:<math> n = \frac{\sin\alpha_1}{\sin\beta_1} = \frac{\alpha_1}{\beta_1} </math>:<math> n = \frac{\sin\beta_2}{\sin\alpha_2} = \frac{\beta_2}{\alpha_2} </math>
па така:
:<math> \alpha_1 = n \cdot \beta_1 </math>:<math> \beta_2 = n \cdot \alpha_2 </math>
Ако го вклучиме ова во изразот за отстапување:
:<math> \delta = n \cdot \beta_1 + n \cdot \alpha_2 - \rho </math>:<math> \delta = n \cdot (\alpha_2 + \beta_1) - \rho </math>
или затоа што:
:<math> \rho = \alpha_2 + \beta_1 </math>
добиваме:
:<math> \delta = n \cdot \rho - \rho </math>:<math> \delta = (n - 1) \cdot \rho </math>
Оттука, гледаме дека колку е поголем показателот на прекршување и аголот на прекршување на призмата, толку е поголемо отстапувањето во призмата. Зракот од призмата излегува отклонет кон подебелиот крај со агол на отстапување.
2 Николова призма
Николовата призма е еден од најпознатите уреди за создавање линеарно поларизирана светлина. Се користи како поларизатор и анализатор. Се состои од две парчиња кристали од исландски дволомец, залепени со канадски балзам во форма на ромбоедрална призма. Неполаризираниот зрак на светлина што паѓа на работ на призмата на Никол е двостран и дава обичен и екстраординарен зрак. Показателот на прекршување на исландскиот дволомец е 1,658 за обичниот зрак и 1,486 за екстраординарниот зрак. Показателот на прекршување на канадскиот балзам за двата зраци е ист, 1,53 (за жолта натриумова светлина). Обичниот зрак што доаѓа до канадскиот балсамичен зглоб под агол поголем од критичниот, целосно се рефлектира, а екстраординарниот зрак речиси непречено поминува низ призмата. Резултатот е дека излезниот зрак е целосно поларизиран. Овој систем на призма го конструирал шкотскиот физичар Вилијам Никол (1768-1851). Модификации на призмата на Никол се користат и за други, специјални намени.