Призма

Призма оптическая, в простейшем виде представляет собой тело из прозрачного вещества, ограниченное двумя пересекающимися плоскостями (фигура 1). В более широком смысле П. называются весьма раз

нообразные части оптич. установок, состоящие в большинстве случаев из прозрачных твердых тел, ограниченных плоскостями. В простейшей П. линия пересечения плоскостей AD называется преломляющим ребром П.,угол между плоскостями ABED и ACFD называется преломляющим углом П. и равен плоскому углу а в главном сечении П. плоскостью, перпендикулярной преломляющему ребру. Плоскость CBEF называется основанием П. Если луч света, лежащий в главном сечении, падает на грань АС под углом β к нормали (фигура 2), то после двух преломлений на гранях АС и А В он выйдет под углом β к нормали грани АВ, причем угол отклонения <5 будет выражаться след, обр.:

δ-β + β-α; (1)

угол β зависит от β и показателя преломления вещества п след, обр.:

-=п Sin 2 »

(5)

sin β=sin a ] n- - sin^{* 2} β - cos a sin β. (2)

При малых углах a и β выражение (2) м. б. написано в более простом виде:

β=па — β; (3)

тогда, подставив в (1), имеем

<5=(п— 1)а; (4)

ф-ла (4) дает значения угла <5 для тонкой призмы (бипризмы). В общем случае из (1) и (2) следует, что <5 минимально при β=β, то есть при симметричном расположении призмы (т. н. установка П. на минимальное отклонение). При этой установке существует следующее соотношение:

а-4-<5 ~2

из к-рого, измерив а и δ, можно получить п, чем и пользуются при определении показателя преломления (смотрите Рефрактометр). Лучи, исходящие из светящейся точки а и преломленные П., дадут мнимое изображение в а, но это изображение будет -искажено вследствие астигматизма. Астигматизм будет меньше всего при установке П. на угол наименьшего отклонения. Наиболее резкое изображение получается от бесконечно удаленной прямой, параллельной преломляющему ребру П. (щель коллиматора спектроскопа), причем изображение имеет вид дуги с выпуклостью, направленной к основанию призмы. П. обладает увеличительным действием в направлении, перпендикулярном преломляющему ребру, и только при установке на угол наименьшего отклонения она дает изображение, равное по величине предмету.

По своему действию все П. могут быть разделены на 2 типа: П. ахроматические, не дающие спектрального разложения, и П., разлагающие в спектр падающее на них излучение. П. первого типа применяются в различного рода зрительных приборах (биноклях, трубах, дальномерах). К П. этого типа относятся: 1) Призма полного внутреннего отражения. Лучи, про-

________jc ходящие сквозь грань

АВ, падают на грань ВС, претерпевают на ней полное внутреннее отражение и выходят через грань А С (фигура 3).

2) Оборотная П. Амичи дает перевернутое изображение предмета. Ход лучей показан на фигуре 4. 3) П ентагональная призма сист. Гульера, применяемая в дальномерах, имеет следующие данные (фигура 5, стороны ED и ВС посеребрены): углы α=45°,

Р =у=112,5°, <5=90°. Угол ε между падающими и выходящими лучами всегда равен 90°, независимо от расположения П. Как видно из фигур, если развернуть весь путь, к-рый луч проходит в стекле, то все три вышеуказанные П. эквивалентны плоскопараллельной пластинке: все эти П. не дают спектрального разложения.

Фиг.

Кроме этих трех употребляется еще целый ряд сложных П., цель которых в большинстве случаев—удлинить ход лучей, не увеличивая при этом размеров прибора. Примером такой П. может служить П. системы Меллера, изображенная на фигуре 6, в которой луч пять раз отражается

от граней, прежде чем выйти наружу. В осветительных арматурах, носящих название диоптрических, а также в линзах Френеля применяются для преломления и отражения света призматические кольца. Все эти кольца имеют призматич. сечение и работают так, как соответствую

Фигура 6.

Фигура 7.

щие П. Кроме одинарных ахроматических П. существуют еще ахроматические составные П., например две П., расположенные так, как показано на фигуре 7. Они делаются из веществ с разными показателями преломления и с так подобранной дисперсией, что луч, проходя сквозь них, не разлагается спектрально, но отклоняется от, своего первоначального направления. Первые ахроматические призмы были сделаны Дол-лондом,причемвеществами служат стекло и вода.

В наст, время П. разных типов служат главной составной частью большинства спектральных приборов. Призмы, дающие спектральное разложение, характеризуются их угловой дисперсией и разрешающей способностью. Угловая дисперсия П. определяется величиной причем ^ где δ—угол отклонения, λ — длина волны, Т — длина основания П., а—ширина выходящего пучка (одной длины волны) (фигура 8), Разрешающая способность призмы R определяет ту минимальную разность длин волн, при которой две спектральные линии могут быть раздельно изображены с помощью данной П.; если эту разность обозначить через άλ, то имеет место следующая ф-ла:

« ₌ _1 Λ R ’

причем R выражается ф-лой R=_T~·

αλ

Из ф-лы видно, что разрешающая способность зависит только от толщины проходимого стекла, а не от числа П. На фигуре 9 изображен целый ряд П., имеющих одну и ту же разрешающую способность, но обладающих совершенно различной угловой диспер·

сией. Кроме простой П., изображенной на фигуре 8, применяется еще целый ряд более сложных призм.

П. сист. Р е з е р ф о; мы АСЕ, сделанной из приклеенных к ней призм АВС и ECO из кронгласа (смотрите фигура 10). При автоколлимацион-ной установке пользуются призмой Резерфорда, показанной на фигуре 11, у которой свет,

Фигура 8.

i д а состоит из приз-флинтгласа, и двух

вошедший через грань АВ, отражается от посеребренной стороны СП и возвращается обратно; ясно, что такая П. по своему действию эквивалентна резерфордовской П. с удвоенным основанием. П. прямого зрения является одной из разновидностей ре-

Фигура 10. Фигура 11. Фигура 12.

зерфордовской П., как видно из фигура 12; составляющие ее П. из флинтгласа и кронгласа так подобраны, что луч определенной длины волны выходит из нее неотклонен-ным от своего первоначального направления. П. постоянного отклонения

Фигура 13.

отличаются тем, что соответствующим поворотом П. можно для лучей любой длины волн получить отклонение на один и тот же постоянный угол, причем это яге положение П. будет соответствовать установке на угол наименьшего отклонения для лучей данной длины волны. Призма системы Аббе, даюшая отклонение на 90°, дана

Фигура 15. Фигура 16.

на фигура 13. Как видно из фигура 13, в ней происходит полное внутреннее отражение на грани ВС. П. сист. Аббе, даюшая отклонение на 60°, дана на фигуре 14. Z ABC— ADCE=3(f. Треугольник BCD равносторонний. Вращать призму следует вокруг точки F. Более сложного вида П., также дающая постоянное отклонение, изображена на фигуре 15.

Она состоит из 90°-ной призмы BCD и двух П. из флинтгласа, причем Z АВС=L DCE== 30°. Как видно из фигура 15, эта П. эквивалентна призме ABDJ такой же формы, как на фигуре 13. Призма сист. Фери ограничена двумя неконцентричными сферич. поверхностями, причем одна из поверхностей посеребрена. Применяется в автоколлимацион-ном спектрографе, изображенном на фигуре 16. Из П., обладающих криволинейной поверхностью, отметим еще коническую П., примененную Гуссом для получения искусственной радуги. Для увеличения дисперсии пользуются комбинациями из нескольких призм, расположенных последовательно.

В зависимости от рода излучения П. делаются из различных веществ, прозрачных для соответствующих лучей. В видимой ча-

Фигура 17.

сти спектра обычно применяется стекло, причем, чем больше дисперсия в этом стекле, тем больше разрешающая способность П. В области инфракрасных (тепловых) лучей обычно применяют каменную соль или флюорит. Так как поверхность каменной соли быстро тускнеет, то эти П. покрывают защитным лаком. Для ультрафиолетовых лучей б. ч. применяют кварц. На фигуре 17 изображена кварцевая П. сист. Корню, состоящая из двух призм ABD и DBC, где ABD из правовращающего кварца, a DBC из лево-врагаающего кварца. Такое устройство П. уничтожает вредное действие двойного лучепреломления в кварце. На фигуре 18 показана кварцевая П. сист. Страубеля, составленная из призмы АВС с осью, направленной по стрелке, и из призмы BDC с осью, перпендикулярной плоскости чертежа.

Для определения показателя преломления газов и жидкостей применяются полые П., наполняемые исследуемым веществом. На фигуре 19 изображен разрез такой П. для жидкостей.

Центральная часть наполняется исследуемой жидкостью. Боковые стеклянные пластинки должен быть точно плоскопараллельны .Призмой для газов обычно служит стеклянный цилиндр с косо срезанными основаниями, заклеенный плоскопараллельными пластинками. О двоякопре-ломляющих призмах см. Поляризационные приборы.

Лит.: Кислое. Теория оптич. инструментов, М., 1915; Хвольсоп О. Д., Курс физики, т. 2, Берлин, 1923; G z а р s k 1 S. u. Eppensteln О., Grundzilge d. Theorie d. ontischen Tnstrumente nach Abbe, 3 AuH., Lpz., 1924; Handbuch der Physik, hrsg. у. H. Geiger u. K. Scheel, B. 18, B., 1927; Bloch L., Lichttechnik, B., 1921; Toarrlol. Coots d’op-tigo° e^oTPetrlque, P., 1926. В. Фабрикант.