Elemento óptico transparente con superficies planas y pulidas que refractan la luz.
Un prisma dispersivo familiar
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 estar en ángulo; los elementos con dos superficies paralelas no son prismas. El tipo de prisma óptico más conocido 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 contarían como prismas ópticos. Los prismas pueden estar hechos de cualquier material que sea transparente a las longitudes de onda para las que están diseñados. Los materiales típicos incluyen vidrio , acrílico y fluorita .
Comparación de los espectros obtenidos a partir de una red de difracción por difracción (1), y de un prisma por refracción (2). Las longitudes de onda más largas (rojas) se difractan más, pero se refractan menos que las longitudes de onda más cortas (violetas).
Los prismas dispersivos se utilizan para descomponer la luz en los colores que la componen, ya que el índice de refracción depende de la longitud de onda ; la luz blanca que entra en el prisma es una mezcla de diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales se desvía de forma ligeramente diferente. La luz azul se ralentiza más que la luz roja y, por lo tanto, se desvía más que la luz roja.
Grism , un prisma dispersivo con una rejilla de difracción en su superficie.
Prisma de Féry
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.
Pensativo
Los prismas reflectantes se utilizan para reflejar la luz, con el fin de voltear, invertir, rotar, desviar o desplazar el haz de luz. Se utilizan normalmente para erigir la imagen en binoculares o cámaras réflex de un solo objetivo : sin los prismas, la imagen aparecería al revés para el usuario.
Los prismas reflectantes utilizan la reflexión interna total para lograr una reflexión casi perfecta de la luz que incide sobre las facetas en un ángulo suficientemente oblicuo. Los prismas suelen estar hechos de vidrio óptico que, combinado con un revestimiento antirreflectante en las facetas de entrada y salida, produce una pérdida de luz significativamente menor que los espejos metálicos.
Número impar de reflejos, la imagen se proyecta invertida (espejada)
Reflector de prisma triangular, proyecta la imagen lateralmente (la dispersión cromática es cero en caso de incidencia de entrada y salida perpendiculares)
El prisma Schmidt-Pechan proyecta la imagen hacia adelante, rotada 180° (6 reflexiones [2 reflexiones están en planos del techo]; compuesto por la parte Bauernfeind y la parte Schmidt)
El prisma Uppendahl proyecta la imagen hacia adelante, rotada 180° y colineal (6 reflexiones [2 reflexiones están en las planicies del techo]); compuesto por 3 prismas cementados entre sí)
División del haz
Se pueden depositar varias capas ópticas de película delgada sobre la hipotenusa de un prisma en ángulo recto y cementarlas a otro prisma para formar un cubo divisor de haz. El rendimiento óptico general de un cubo de este tipo está determinado por la capa delgada.
En comparación con un sustrato de vidrio habitual, el cubo de vidrio ofrece protección de la capa de película fina por ambos lados y una mejor estabilidad mecánica. El cubo también puede eliminar los efectos de etalón , la reflexión en la parte posterior y la ligera desviación del haz.
Los divisores de haz de cubo polarizador tienen una relación de extinción menor que los birrefringentes, pero son menos costosos.
Los espejos parcialmente metalizados proporcionan divisores de haz no polarizantes
Entrehierro − Cuando las hipotenusas de dos prismas triangulares se apilan muy cerca una de la otra con entrehierro, la reflexión interna total frustrada en un prisma permite acoplar parte de la radiación en una onda que se propaga en el segundo prisma. La potencia transmitida cae exponencialmente con el ancho del entrehierro, por lo que se puede ajustar en muchos órdenes de magnitud mediante un tornillo micrométrico.
Biprisma (o biprisma de Fresnel): dos prismas unidos en sus bases, formando un ángulo de vértice amplio (~180°); utilizado en interferometría de trayectoria común . [1] [2]
Polarizador
Otra clase está formada por prismas polarizadores que utilizan la birrefringencia para dividir un haz de luz en componentes de polarización variable . En las regiones visible y ultravioleta, tienen pérdidas muy bajas y su relación de extinción normalmente supera , lo que es superior a otros tipos de polarizadores . Pueden o no emplear reflexión interna total;
Una polarización está separada por la reflexión interna total:
Ambas polarizaciones permanecen paralelas, pero están separadas espacialmente:
Desplazadores de haz de polarización, generalmente hechos de cristal anisotrópico grueso con facetas planas paralelas
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 ( MgF 2 , YVO 4 y TiO 2 ) extenderán la transmisión más allá del rango espectral infrarrojo .
Los prismas hechos de materiales isótropos como el vidrio también alteran 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 s y p-polarizados de la luz, lo que conduce a una 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 bajo un ángulo perpendicular, mediante compensación a través de una trayectoria de luz no plana o mediante el uso de luz p-polarizada.
La reflexión interna total altera únicamente la fase mutua entre la luz polarizada s y p. Con un ángulo de incidencia bien elegido, esta fase es cercana a .
El rombo de Fresnel utiliza este efecto para lograr la conversión entre polarización circular y lineal. Esta diferencia de fase no depende explícitamente de la longitud de onda, sino solo del índice de refracción, por lo que los rombos de Fresnel hechos de vidrios de baja dispersión logran un rango espectral mucho más amplio que las placas de cuarto de onda . Sin embargo, desplazan el haz.
El rombo de Fresnel doble, con reflexión cuádruple y desplazamiento del haz cero, sustituye a una placa de media onda .
También se puede utilizar un efecto similar para crear una óptica que mantenga la polarización.
Despolarizadores
Los cristales birrefringentes se pueden ensamblar de manera que se produzca una aparente despolarización de la luz.
No se observaría despolarización en una onda plana monocromática ideal , ya que en realidad ambos dispositivos convierten la coherencia temporal o espacial reducida , respectivamente, del haz en descoherencia de sus componentes de polarización.
Otros usos
La reflexión interna total en prismas tiene numerosos usos en óptica, plasmónica y microscopía. En particular:
Los prismas se utilizan para acoplar la luz que se propaga a los plasmones de la superficie . La hipotenusa de un prisma triangular está metalizada (configuración de Kretschmann) o la onda evanescente está acoplada a una superficie metálica muy cercana (configuración de Otto).
Algunos medios activos de láser pueden tener la forma de un prisma en el que el haz de bombeo de baja calidad entra por la faceta frontal, mientras que el haz amplificado sufre una reflexión interna total bajo la incidencia rasante de este. Este diseño sufre menos estrés térmico y es fácil de bombear mediante diodos láser de alta potencia.
Otros usos de los prismas se basan en su refracción que desvía el haz:
Los prismas de cuña se utilizan para desviar un haz de luz monocromática en un ángulo fijo. Se puede utilizar un par de prismas de este tipo para orientar el haz ; al girar los prismas, el haz se puede desviar en cualquier ángulo deseado dentro de un "campo de observación" cónico. La implementación más común es un par de prismas Risley. [3]
Las ventanas transparentes de, por ejemplo, cámaras de vacío o cubetas también pueden estar ligeramente acuñadas (10' − 1°). Si bien esto no reduce la reflexión, suprime las interferencias de Fabry-Pérot que de otro modo modularían su espectro de transmisión.
Un par anamórfico de prismas similares, pero colocados asimétricamente, también puede cambiar el perfil de un haz. Esto se utiliza a menudo para crear un haz circular a partir de la salida elíptica de un diodo láser . Con su luz monocromática, la ligera dispersión cromática que surge de la diferente inclinación de la cuña no es un problema.
Los prismas de cubierta se utilizaban en los barcos de vela para llevar la luz del día debajo de la cubierta, [4] ya que las velas y las lámparas de queroseno son un peligro de incendio en los barcos de madera.
Las gafas prismáticas con un solo prisma realizan un desplazamiento relativo de los dos ojos, corrigiendo así la eso-, exo-, hiper- o hipotropía.
Por el contrario, las gafas con prismas de igual potencia para ambos ojos, llamados prismas conjugados (también: prismas ambientales o gafas de rendimiento ) desplazan el campo visual de ambos ojos en la misma medida. [5]
Véase también
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Prismas .
^ "Definición de BIPRISMO". Merriam-Webster . 6 de febrero de 2023 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
^ "Experimento del biprisma de Fresnel - Óptica ondulatoria, Física". eSaral . 6 de mayo de 2022 . Consultado el 13 de noviembre de 2023 .
^ Duncan, BD; Bos, PJ; Sergan, V. (2003). "Orientación del haz con prismas acromáticos de ángulo amplio para aplicaciones de contramedidas infrarrojas". Opt. Eng . 42 (4): 1038–1047. Bibcode :2003OptEn..42.1038D. doi :10.1117/1.1556393.
^ Loenen, Nick (febrero de 2012). Construcción de barcos de madera: cómo construir un velero de la clase Dragon. FriesenPress. ISBN9781770974067.
^ Kaplan, M; Carmody, DP; Gaydos, A (1996). "Modificaciones de la orientación postural en el autismo en respuesta a lentes ambientales". Psiquiatría infantil y desarrollo humano . 27 (2): 81–91. doi :10.1007/BF02353802. PMID 8936794. S2CID 37007723.
Lectura adicional
Hecht, Eugene (2001). Óptica (4.ª ed.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5.
