Отражательные призмы и призменные системы. Белорусский национальный технический университет

Белорусский национальный технический университет

Приборостроительный факультет

Кафедра «Лазерная техника и технология»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

“ Отражательные призмы “

по дисциплине «Прикладная оптика»

Отражательные призмы

Цель работы – изучить конструкции и действие отражательных призм. Ознакомиться с назначением и применением призм в приборостроении.

Задание по работе:

1. Начертить заданные призмы, провести ход осевого луча, с учетом явления полного внутреннего отражения, проверить оборачивающее действие, сделать развёртки, определить коэффициент призмы.

2. Определить графически оборачивающее действие призмы.

3. Классифицировать предложенные призмы на группы:

а) по числу отражающих граней;

б) по оборачивающему действию.

1.1. Теоретическая часть

Отражательные призмы и призменные системы

Призмы и призменные системы широко применяют в оптическом приборостроении. Они обеспечивают решение ряда конструкторских задач и во многих случаях оказывают существенное влияние на оптические характеристики приборов, их размеры и массу. Методы конструирования, исследования и расчета призм отличны от соответствующих методов для других элементов оптических систем.

Призма – это оптическая деталь, ограниченная преломляющими (не менее двух) и отражающими гранями (поверхностями), расположенными под углом друг к другу.

Призмы (оптические многогранники) по своему действию на световые пучки делятся на

– отражательные,

– преломляющие (спектральные) и

– поляризационные.

Отражательной называется призма, имеющая отражающие плоские грани при условии, что действие призмы можно пренебречь зависимостью угла отклонения луча от длины волны, а также нарушением гомоцентричности монохроматического пучка лучей, прошедших через призму.

Отражательные призмы от других типов призм отличаются тем, что угол падения любого луча на входную грань равен углу преломления этого луча на выходной грани.

Отражательные призмы по действию на световые пучки равносильны системе из плоскопараллельной пластинки и плоского зеркала.

Отражательные призмы в оптических приборах применяются для следующих целей:

– изменения направления осевого луча прибора;

– для сокращения габаритов прибора;

– для поворота визирного луча;

– для компенсации вращения изображения;

– для разделения поля зрения и т.д.

Преимущество призм перед зеркалами:

1) призмы конструктивно устойчивее зеркал; углы между гранями призмы неизменны, в то время как углы между зеркалами должны регулироваться с большой точностью при сборке, а в процессе эксплуатации система зеркал под воздействием нагрева, механических усилий и вибраций может разъюстироваться;

2) призменные отражающие поверхности, на которых происходит полное внутреннее отражение, не требуют металлизации, в то время как металлизированные поверхности зеркал с течением времени разрушаются, (коэффициент отражения уменьшается) и требуют повторного нанесения отражающего покрытия;

3) потери света у призм от граней с полным внутренним отражением равны нулю, в то время как при отражении от поверхностей зеркал потери довольно велики и зависят от состояния металлизированного слоя и применяемого материала (могут составлять более 10%);

4) некоторые призмы нельзя заменить зеркалами (призма Дове);

5) в призмах отсутствует двоение изображения, имеющее место в зеркалах с внутренним покрытием (из-за не параллельности входной и выходной грани подложки зеркала).

Однако если при изготовлении прибора предъявляются жесткие требования к его весу и стоимости, то предпочтение отдается зеркалам.

Отражательные грани призм, не имеющие зеркального покрытия, должны обеспечивать полное внутренне отражение падающих лучей. Если угол падения луча на отражающую грань окажется меньше угла полного внутреннего отражения e_m, то такая призма должна быть покрыта отражающим слоем.

Если угол падения лучей на входную грань призмы отличается от нуля, то при отражении от следующей грани необходимо исключить преломление. Для этого следует ограничить угол падения e₁ луча на входную грань

,

где n показатель преломления материала, из которого изготовлена данная призма, Q – преломляющий угол призмы, например, для призмы АР–90⁰ он составляет 45⁰.

Призмы могут быть одинарными (изготовленными из одного куска стекла) и составными, состоящими из двух и более призм скрепляемых в единый блок с помощью склейки или закрепления в оправе, например, призма-куб, призма Аббе и др. Последние упрощают технологию изготовления призм, образуют оптические шарниры.