Cad is Prism Optúil ann? Cineálacha, Feidhmeanna & Feidhmchláir

Tuiscint ar Phriosmaí Optúla

An priosma optúil is eilimint optúil thrédhearcach é le dromchlaí cothroma, snasta a dhraonann solas. Is é an bunphrionsabal atá taobh thiar de phriosma ná gur féidir leis solas a lúbadh, a fhrithchaitheamh nó a scoilt bunaithe ar a gheoiméadracht agus ar airíonna athraonta a ábhair. . Murab ionann agus lionsaí a úsáideann dromchlaí cuartha, úsáideann priosmaí dromchlaí plánacha suite ar uillinneacha sonracha chun cosáin solais a láimhseáil.

Déantar an chuid is mó de phriosmaí optúla as gloine nó as plaistigh thrédhearcacha le hinnéacsanna athraonta beachta. Is í an fhoirm is inaitheanta ná an priosma triantánach, a scaipeann solas bán isteach ina chomhdhathanna speictrim - feiniméan a ndearna Isaac Newton staidéar córasach air den chéad uair i 1666. Mar sin féin, tá níos mó cuspóirí ag priosmaí ná ag cruthú boghanna ceatha; is comhpháirteanna riachtanacha iad i gcórais optúla iomadúla, ó pheireascóp simplí go hardspeictriméadar.

Is é an príomhthréith a dhéanann idirdhealú idir priosmaí agus eilimintí optúla eile ná a gcumas treo an tsolais a athrú gan gá a dhíriú air , rud a fhágann go bhfuil siad thar a bheith luachmhar le haghaidh stiúrtha bhíoma, ceartú treoshuíomh íomhá, agus iarratais scaradh tonnfhad.

Conas a Oibríonn Priosmaí Optúla

Tá oibriú priosmaí optúla á rialú ag dhá phrionsabal bunúsacha optúla: athraonta agus machnamh inmheánach iomlán.

Athraonadh i bPriosmaí

Nuair a théann solas isteach i bpriosma ar uillinn, lúbann sé de réir Dhlí Snell. Braitheann méid an lúbthachta ar thonnfhad an tsolais agus ar innéacs athraonta an ábhair phriosma . Maidir le gloine optúil caighdeánach (gloine choróin), tá an t-innéacs athraonta thart ar 1.52, rud a chiallaíonn go dtaistealaíonn solas 1.52 uair níos moille sa ghloine ná san aer.

Míníonn an athraonadh seo atá ag brath ar thonnfhad an fáth gur féidir le priosmaí solas bán a dheighilt i ndathanna – lúbann solas gorm níos géire ná solas dearg toisc go bhfuil tonnfhad níos giorra aige. I bpriosma scaipthe tipiciúil le a Uillinn APEX 60-céim , tá an scaradh uilleach idir solas dearg agus violet thart 3 chéim .

Machnamh Inmheánach Iomlán

Baineann go leor priosma leas as frithchaitheamh inmheánach iomlán seachas athraonta. Nuair a bhuaileann solas ag taisteal trí mheán níos dlúithe (cosúil le gloine) an teorainn le meán nach bhfuil chomh dlúth (cosúil le haer) ag uillinn níos mó ná an uillinn chriticiúil, Frithchaiteann 100% den solas ar ais isteach sa mheán níos dlúithe . Maidir le gloine coróin, tá an uillinn chriticiúil seo thart 41.8 céim .

Cuireann an feiniméan seo ar chumas priosmaí feidhmiú mar scátháin an-éifeachtach gan bratuithe miotalacha, rud a fhágann go bhfuil siad níos fearr ná scátháin thraidisiúnta i go leor feidhmeanna toisc nach bhfuil aon chaillteanas solais ó ionsú.

Cineálacha Coiteann Priosmaí Optúla

Déantar priosmaí optúla a chatagóiriú bunaithe ar a gcéimseata agus a bpríomhfheidhm. Freastalaíonn gach cineál ar iarratais ar leith i gcórais optúla.

Priosmaí Scaipthe

Scaipeann an priosma triantánach clasaiceach solas go príomha. Is sainairíonna iad na priosmaí seo ná a n-uillinn apex (go hiondúil idir 30 agus 60 céim ) agus tá siad bunúsach don anailís speictreascópach. Is féidir le speictriméadar nua-aimseartha úsáid a bhaint as scaipeadh priosma chun ábhair a aithint trína sínithe speictreach taifeach tonnfhad síos go dtí 0.1 nanaiméadar .

Prisms a Fhrithchaitheamh

Athsheolaíonn priosmaí frithchaiteacha solas gan scaipeadh suntasach. Tá córas priosma Porro, a cheap Ignazio Porro i 1854, fós mar an caighdeán i go leor dhéshúiligh. Is féidir le péire priosmaí Porro íomhá inbhéartaithe a chur suas agus fad an chosáin optúil a mhéadú , ag ligean dearaí ionstraim dlúth le formhéadú éifeachtach.

Prisms Polaraithe

Scarann priosmaí speisialaithe cosúil le priosma Nicol nó priosma Glan-Thompson solas isteach i stáit polaraithe orthogonal. Baineann na feistí seo amach cóimheasa díothaithe os cionn 100,000:1 , rud a fhágann go bhfuil siad riachtanach d'fheidhmchláir taighde polaraiméadrachta agus optúla.

Feidhmchláir Fhíordhomhanda na bPriosmaí Optúla

Tá priosmaí optúla uileláithreach sa teicneolaíocht nua-aimseartha, agus is minic a oibríonn siad go dofheicthe laistigh de ghléasanna a úsáidimid go laethúil.

Grianghrafadóireacht agus Íomháú

Braitheann ceamaraí aon-lionsa athfhillteach (SLR) ar pheinteaprism chun radharc díreach, dírithe i gceart a sholáthar do ghrianghrafadóirí tríd an aimsitheoir radhairc. Léiríonn peinteaprism solas cúig huaire go hinmheánach , an íomhá inverted agus droim ar ais arna dtáirgeadh ag an lionsa ceamara a cheartú gan a cheangal ar eilimintí optúla breise.

Úsáideann teilgeoirí digiteacha cóimeálacha priosma chun íomhánna a chomhcheangal ó phainéil LCD ar leithligh dearg, glas agus gorm nó sliseanna DLP. An córas priosma déchroic i a is féidir le teilgeoir trí-sliseanna cruinneas dath a bhaint amach laistigh de 2% de na caighdeáin ghairmiúla .

Ionstraimíocht Eolaíoch

Úsáideann speictriméadar priosmaí chun comhdhéanamh ábhar a anailísiú. Mar shampla, úsáideann speictreagraif réalteolaíocha scaipeadh priosma chun comhdhéanamh ceimiceach na réalta i bhfad i gcéin a chinneadh. Is féidir le hionstraimí speictreascópacha an Teileascóp Spáis Hubble flúirse ceimiceacha a bhrath le cruinneas níos fearr ná 5% in atmaisféir réaltach.

I saotharlanna ceimice, úsáideann refractometers Abbe priosmaí chun comhéifeacht athraonta leachtanna a thomhas le cruinneas go dtí ceithre ionad dheachúlacha , lena gcumasaítear substaintí agus tomhais tiúchana a shainaithint go beacht.

Teileachumarsáid agus Teicneolaíocht Léasair

Úsáideann córais snáthoptaice priosmaí le haghaidh ilphléacsáil rannán tonnfhaid, áit a dtaistealaíonn sruthanna sonraí iolracha ag tonnfhaid éagsúla trí shnáithín amháin. Is féidir le córais nua-aimseartha DWDM ilphléacsáil a dhéanamh ar níos mó ná 80 cainéal ar leith , gach ceann ag iompar 100 Gbps, ag baint úsáide as scaradh tonnfhad priosma-bhunaithe.

Fostaíonn córais stiúrtha bhíoma léasair priosmaí rothlach nó péirí priosma chun treo bíoma a rialú go beacht gan an fhoinse léasair féin a bhogadh, rud a bhaint amach cruinneas suite laistigh de mhicreadians .

Optaic Tomhaltóra

Ionchorpraíonn déshúiligh Porro nó priosmaí dín chun dearadh dlúth, eirgeanamaíochta a chruthú agus ag an am céanna íomhánna formhéadaithe atá dírithe i gceart a sholáthar. Úsáideann déshúiligh ardchaighdeáin bratuithe céimcheartaithe ar phriosmaí dín chun tarchur solais níos mó ná 90% a bhaint amach , ag iomaíocht le gile féachana díreach.

Ábhair agus Déantúsaíocht

Braitheann feidhmíocht priosma optúil go criticiúil ar a chuid airíonna ábhartha agus cruinneas déantúsaíochta.

Ábhair Choiteann Prism

• Gloine BK7: An ghloine optúil is coitianta le hinnéacs athraonta 1.517, a úsáidtear i priosmaí ginearálta le haghaidh tonnfhaid 380-2100 nm
• Silica comhleádh: Tairiscintí tarchur eisceachtúil i raon ultraivialait agus leathnú teirmeach íseal, ríthábhachtach d'fheidhmchláir léasair ardchumhachta
• Gloine SF11: Soláthraíonn innéacs ard athraonta (1.785) scaipeadh níos mó, atá oiriúnach do chórais dhlúth-speictreascópacha
• Fluairíd Chailciam: Tarchuireann sé tonnfhaid infridhearg agus ultraivialait, atá riachtanach do speictreascópacht speisialaithe le tarchur ó 180 nm go 8000 nm

Beachtas Déantúsaíochta

Éilíonn priosmaí beachtais lamháltais déantúsaíochta neamhghnácha. De ghnáth caithfidh maoile dromchla a bheith níos fearr ná λ/4 (ceathrú de thonnfhad an tsolais) , a aistríonn go diallais níos lú ná 150 nanaiméadar le haghaidh solas infheicthe. Tá ceanglais chruinneas uillinne chomh dian céanna, agus is minic a shonraítear iad laistigh soicind stua (1/3600 de chéim) .

Feabhsaíonn bratuithe optúla feidhmíocht priosma go suntasach. Is féidir le bratuithe frith-mhachnaimh caillteanais machnaimh dromchla a laghdú ó 4% go níos lú ná 0.25% in aghaidh an dromchla . Feabhsaíonn bratuithe miotalacha nó tréleictreach ar dhromchlaí machnaimh éifeachtúlacht agus cumasaíonn siad machnamh roghnach tonnfhad.

Buntáistí agus Teorainneacha

Chun a thuiscint cathain is ceart priosmaí a úsáid i gcomparáid le comhpháirteanna optúla malartacha ní mór a láidreachtaí agus a laigí a bheith ar an eolas.

Buntáistí Buntábhachtacha

• Gan aon chaillteanais ionsúcháin: Baineann priosma machnaimh inmheánaigh iomlán amach éifeachtacht machnaimh beagnach 100%, níos fearr ná scátháin mhiotalacha a léiríonn 90-95% de ghnáth.
• Scaradh tonnfhad: Soláthraíonn priosmaí scaipeadh tonnfhad leanúnach, murab ionann agus grátálacha díraonta a tháirgeann orduithe iolracha
• Marthanacht: Cosnaítear dromchlaí machnaimh inmheánacha ó éilliú comhshaoil agus damáiste meicniúil
• Rialú polaraithe: Is féidir le cineálacha priosma áirithe stáit polarúcháin a scaradh nó anailís a dhéanamh orthu le híonacht eisceachtúil

Teorainneacha Praiticiúla

• Méid agus meáchan: Tá priosmaí gloine i bhfad níos troime ná córais scátháin choibhéiseacha, rud a chuireann srian lena n-úsáid in iarratais atá íogair ó thaobh meáchain
• Costas: Is féidir le priosmaí beachtais le bratuithe ardchaighdeáin costas 10-50 uair níos mó ná scátháin shimplí
• Éifeachtaí crómatacha: Scarann priosmaí scaipthe tonnfhaid, rud atá neamh-inmhianaithe in iarratais íomháithe a éilíonn feidhmíocht achromatach
• Íogaireacht teochta: Is féidir le hathruithe innéacs athraonta le teocht tionchar a imirt ar fheidhmíocht priosma i dtimpeallachtaí foircneacha, le héagsúlachtaí tipiciúla de 1-5 chuid in aghaidh an mhilliúin in aghaidh na céime Celsius

Roghnú an Prism Ceart

Nuair a roghnaítear priosma oiriúnach d'fheidhm shonrach, ní mór fachtóirí iolracha a bhreithniú go córasach.

Critéir Chriticiúla Roghnúcháin

1. Raon tonnfhad: Ábhar priosma a mheaitseáil le tonnfhaid oibriúcháin; Éilíonn iarratais UV shilice comhleáite, agus d'fhéadfadh go mbeadh ábhair speisialaithe cosúil le seiléiníd since ag teastáil ó IR
2. Riachtanais diall bhíoma: Aimsigh an uillinn sraonaidh riachtanach (45°, 90°, 180°) agus an gá treoshuíomh na híomhá a chaomhnú
3. Riachtanais scaipthe: Déan cinneadh an bhfuil scaradh tonnfhad inmhianaithe nó fadhbach don fheidhmchlár
4. Srianta méide: Smaoinigh ar theorainneacha spáis fisiceacha agus srianta meáchain
5. Láimhseáil cumhachta: Éilíonn iarratais léasair ardchumhachta ábhair a bhfuil tairseacha arda damáiste acu, de ghnáth níos mó ná 10 J/cm² le haghaidh shilice comhleáite

Cúinsí Cumhdaithe

Cuireann rogha na bratuithe optúla isteach go mór ar fheidhmíocht priosma. Soláthraíonn bratuithe caighdeánacha frith-mhachnaimh machnamh faoi bhun 0.5% in aghaidh an dromchla trasna tonnfhaid infheicthe, agus leathnaíonn bratuithe leathanbhanda an fheidhmíocht seo ó 400-700 nm. Le haghaidh iarratais ríthábhachtacha, is féidir le bratuithe il-ciseal saincheaptha a bhaint amach frithchaiteacht faoi 0.1% ag tonnfhaid ar leith.

Cumasaíonn bratuithe miotalacha (alúmanam nó airgead) ar dhromchlaí frithchaiteacha iad a úsáid thar an uillinn chriticiúil, ach ar chostas Caillteanas machnaimh 3-10%. . Tugann bratuithe airgid cosanta frithchaiteacht níos fearr san infridhearg agus feidhmíocht infheicthe imleor á chothabháil acu.

Forbairtí sa Todhchaí i dTeicneolaíocht Prism

Tá dul chun cinn in eolaíocht ábhar agus i ndéantúsaíocht ag méadú cumais agus feidhmchláir priosma.

Prisms Metamaterial

Tá taighdeoirí ag forbairt priosmaí ag baint úsáide as meiteábhair - ábhair atá struchtúrtha go saorga le hairíonna optúla nach bhfuarthas sa nádúr. Is féidir leis na priosmaí metamaterial seo a bhaint amach athraonta diúltach nó sár-scaipeadh , ag cumasú córais speictreascópacha ultra-dlúth agus feistí íomháithe núíosacha. Léiríonn fréamhshamhlacha luatha comhéifeachtaí scaipthe 10 n-uaire níos mó ná gloine traidisiúnta.

Priosmaí Oiriúnaitheacha

Cumasaíonn ábhair leachtchriostail agus leictrea-optacha priosmaí intiúnta go leictreach ar féidir leo a n-airíonna optúla a choigeartú go dinimiciúil. D’fhéadfadh na gléasanna seo stiúradh bíoma agus roghnú tonnfhad a réabhlóidiú, le amanna lasctha faoi 1 milleasoicind agus gan páirteanna gluaisteacha.

Miniaturization

Tá eagair mhicreaphriosma déanta ag baint úsáide as teicnící déantúsaíochta leathsheoltóra ag cumasú feistí fótóinic comhtháite. Is comhpháirteanna ríthábhachtacha iad na priosmaí micreascópacha seo, le toisí arna dtomhas i micriméadair, i bhfeistí optúla MEMS agus i gceamaraí fóin chliste, áit a bhfuil soláthraíonn eagair priosma cobhsú íomhá optúil i bpacáistí níos lú ná 5mm trasna.