Prisma (óptica)

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 .

Se puede utilizar un prisma dispersivo para descomponer la luz blanca en sus colores espectrales constituyentes (los colores del arco iris ) para formar un espectro como se describe en la siguiente sección. Se pueden utilizar otros tipos de prismas que se indican a continuación para reflejar la luz o para dividirla en componentes con diferentes polarizaciones .

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.

• Prisma triangular
• Prisma de Amici y otros tipos de prismas compuestos
• Prisma de Littrow con espejo en su cara posterior
• Prisma de Pellin-Broca
• Prisma de Abbe
• 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.

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 pentaprisma del techo proyecta una imagen volteada lateralmente a lo largo del otro eje
  • El prisma de la paloma proyecta la imagen hacia adelante
  • El retrorreflector de cubo de esquina proyecta la imagen al revés
• Número par de reflexiones, la imagen se proyecta en posición vertical (sin cambio de lateralidad; puede rotarse o no)
  • El prisma de Porro proyecta la imagen hacia atrás y desplazada
  • El prisma de Porro-Abbe proyecta la imagen hacia adelante, rotada 180° y desplazada
  • Prisma de Perger, un desarrollo basado en el prisma de Porro-Abbe, proyecta la imagen hacia adelante, rotada 180° y desplazada
  • El prisma de Abbe-Koenig proyecta la imagen hacia adelante, rotada 180° y colineal (4 reflexiones internas [2 reflexiones están en las superficies del techo])
  • El prisma de Bauernfeind proyecta la imagen lateralmente (inclinada 45°)
  • Proyectos de prismas de techo Amici imagen de lado
  • El pentaprisma proyecta la imagen de forma lateral
  • 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)

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 filtros de color dicroicos forman un prisma dicroico
• 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]}

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; $Estilo de visualización 10^{5}:1$

• Una polarización está separada por la reflexión interna total:
  • Prisma de Nicol
  • Prisma de Glan-Foucault
  • Prisma de Glan-Taylor , una variante de alta potencia del cual también se denomina prisma de Glan-láser
  • Prisma de Glan-Thompson
• Una polarización se desvía únicamente por diferentes refracciones:
  • Prisma de Rochon
  • Prisma de Sénarmont
• Ambas polarizaciones se desvían por refracción:
  • Prisma de Wollaston
  • Prisma de Nomarski : una variante del prisma de Wollaston donde los componentes p y s emergen desplazados y convergiendo uno hacia el otro; importante para la microscopía de contraste de interferencia diferencial
• 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 . ${\displaystyle \pi /4}$

• 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.

Los cristales birrefringentes se pueden ensamblar de manera que se produzca una aparente despolarización de la luz.

• Despolarizador de cornu
• Despolarizador Lyot

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.

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.

Al desplazar los lentes correctivos fuera de su eje , las imágenes que se ven a través de ellos pueden desplazarse de la misma manera que un prisma desplaza las imágenes. Los profesionales del cuidado de la vista utilizan prismas, así como lentes fuera de su eje, para tratar diversos problemas ortópticos :

• Diplopía (visión doble)
• Problemas de fusión positiva y negativa ^{[ ambiguo ] [ cita requerida ]}

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]

• Desviación mínima
• Teoría de dispersión de prismas múltiples
• Compresor de prisma
• Dioptría prismática
• Espectrómetro de prisma
• Prisma (geometría)
• Teoría de los colores
• Prisma triangular (geometría)
• Superprisma
• Prescripción de anteojos
• Iluminación prismática

• Hecht, Eugene (2001). Óptica (4.ª ed.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5.

• "Prisma"  . Encyclopædia Britannica . Vol. 22 (11.ª ed.). 1911. pág. 361.
• Subprograma Java de refracción a través de un prisma