Отражательная призма
Отража́тельные при́змы — оптическая деталь из прозрачных в определённом диапазоне частот излучения изотропных оптических сред с плоскими преломляющими или отражающими поверхностями, образующими двугранные углы[1].
Отражательные призмы предназначены для оборачивания изображения, уменьшения габаритов оптической системы, изменения визирной оси в пространстве предметов (в пределах 3—4 градусов), компенсации поворота изображения[2]. Частным случаем отражательных призм являются оборачивающие призмы.
Отличительные особенности[править]
Строго говоря, отражательные призмы не являются призмами в геометрическом смысле[3].
Отражательные призмы изготавливаются из оптически изотропных материалов, что позволяет избежать появления дисперсии и эффекта двойного лучепреломления[4]. Материалы для изготовления отражательных призм подбираются в зависимости от того, в каком диапазоне излучения они будут работать. Как правило, для ультрафиолетовой области спектра используются кварц или сапфир, флюорит, фторид лития, в видимой и ближней инфракрасной области — оптические стёкла (боросиликатные , из кремнезёма , и др.), а в средней и дальней ИК-области — полупроводники (селенид цинка , германий , кремний , йодид цезия , т. д.). Нужных оптических свойств сред для изготовления отражательных призм добиваются легированием стёкол и материалов.
Основными характеристиками материалов для изготовления отражательных призм (стёкол, полупроводников, полимеров) являются показатель преломления, коэффициент дисперсии (или средней дисперсии), показатель ослабления, радиационно-оптическая устойчивость, оптическая однородность, бессвильность, пузыристость, и др.
Требования к оптическим материалам[5] содержатся в ГОСТах, а конкретные характеристики призм — в прилагаемой к ним технической документации.
В зависимости от назначения, некоторые грани отражательных призм могут быть покрыты тонкой отражающей плёнкой из различных материалов — серебра, алюминия, или многослойными диэлектрическими слоями.
Важным преимуществом отражательных призм является то, что двугранные углы их неизменны, и, в отличие от систем, построенных на зеркалах, не нуждаются в юстировке. При расчёте и изготовлении отражательных призм стараются избежать оптических искажений — всех видов аберраций (дисторсии, комы, поперечного хроматизма), клиновидности развёртки призмы из-за неточности углов, пирамидальности, и др.
Технологии производства[править]
Отражательные призмы изготавливаются с высокой точностью методами формовки и последующей полировки для достижения проектной формы и качества поверхности. С помощью специального прецизионного оборудования осуществляют обработку, шлифовку и полировку всей поверхности призмы, включая отражающие покрытия (если они предусмотрены конструкцией призмы). Прецизионная обработка производится станками с ЧПУ; применяются технологии алмазного точения, фрезерования, шлифовка и полировка до получения оптически ровных поверхностей граней призмы.
В ряде случаев для защиты оптической поверхности и придания призме нужных характеристик на поверхности призмы наносят специальные покрытия методами физического и химического осаждения из паровой фазы (PVD и CVD, соответственно).
Иногда для отражающих призм используют антибликовые покрытия для увеличения коэффициента пропускания.
В некоторых конструкциях призм на определённые их грани наносят зеркальные покрытия для отражения излучения в нужном спектральном диапазоне.
Контроль качества изготавливаемых призм производится различными метрологическими методами, такими как интерферометрия, профилометрия; проводятся экологические испытания — измерение диапазона рабочих температур, влажности, при которых отражательные призмы сохраняют свои параметры; оценивается также механическая прочность, осуществляются размерные измерения, проверяются геометрическая точность и допуски на выравнивание.
Принцип действия[править]
Отражающие призмы эквивалентны плоскопараллельным пластинкам: призма может быть развёрнута относительно отражающих граней так, что образует плоскопараллельную пластинку с входной и выходной гранями, соответствующими входной и выходной граням призмы. При этом угол падения луча на первую грань всегда равен углу преломления на последней грани, несмотря на то, что направление луча может изменяться некоторое число раз во время прохождения призмы. Двугранные углы призмы подбирают таким образом, чтобы в ней происходило полное внутреннее отражение (для уменьшения потерь светового излучения), если это невозможно — на нужную грань наносят зеркальное покрытие.
Расчёт хода лучей осуществляется на основе законов геометрической оптики с учётом допусков на углы меридионального сечения призмы, на углы, вызывающие двоение изображения, и др.
В расчётах принимается, что толщина эквивалентной призме плоскопараллельной пластинки равна расстоянию, проходимому излучением в рассматриваемой призме. Призмы с чётным числом граней, лежащих в одной плоскости, дают на выходе прямое изображение, с нечётным — зеркальное, при необходимости — перевёрнутое. Используя крышеобразные отражающие призмы можно осуществить повороты изображения в любом направлении. Самые сложные отражающие призмы используются для решения комплекса оптических задач.
Основные типы отражающих призм и ход лучей в них показаны на рисунке.
Применение[править]
Отражающие призмы применяются в оптических приборах, измерительных комплексах, медицинском оборудовании, системах визуализации и научных исследованиях, телекоммуникации и связи, физической и астрономической аппаратуре, промышленности и производстве, фотонике, квантовой оптике и прецизионной технике[6].
Примечания[править]
- ↑ Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов.. — 6-е изд., стер.. — М.: Физматлит, 2003.
- ↑ Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов.. — 2-е изд., перераб. и доп.. — СПб.,: БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
- ↑ Борн М., Вольф Э. Основы оптики. — М.: Наука, 1973.
- ↑ Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — 4-е, стер. — СПб.: Лань, 2003.
- ↑ Апенко М. И. Прикладная оптика. — – 2-е изд. — М.: Наука, 1982.
- ↑ Тудоровский А. И. Теория оптических приборов. Ч. 1. Общая часть. — – 2-е изд.. — Москва: Издательство Академии наук СССР, 1948.
Литература[править]
- Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. — М. : Наука, 1982.
- Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
- Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
- Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Ч. 1. Введение в теорию оптических систем. — М. : Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии, 2017.
- Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — М. : Физматлит, 2003.
- Михеенко А. В. Геометрическая оптика : учебное пособие. — Хабаровск : Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2018.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. — М. : Физматлит, 2014.
Ссылки[править]
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Отражательная призма», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|