Prismendioptrie

Lichtbrechung im Prismenspektrometer, schematisch

Lichtbrechung im Prismenspektrometer
Teilreflektion an beiden brechenden Flächen als Nebeneffekt

Totalreflexion im Prisma
oben: einmalige Umlenkung, Bild gespiegelt
unten:zweimalige Umlenkung, Bild umgekehrt

Unter einem Prisma wird in der Optik vorwiegend eine spezielle Form des geometrischen Körpers Prisma verstanden, nämlich ein gerades Prisma mit einem Dreieck als Grundfläche. Seine optischen Eigenschaften hängen im Wesentlichen von den Dreieckswinkeln und von der Brechzahl des Werkstoffes (Glas oder glasklarer Kunststoff) ab.

Anwendungen

Die Hauptanwendungen des Prismas beruhen auf seiner Eigenschaft, Licht wellenlängenabhängig zu brechen oder total zu reflektieren, je nach Bauart des Prismas.

Brechung:

In einem Prismenspektrometer wird das Licht an der Eintritts- und an der Austrittsfläche abhängig von der Wellenlänge gebrochen. Man gewinnt ein Spektrum der Lichtquelle. Die beiden beteiligten Flächen gemeinsame Kante heißt die ablenkende oder brechende Kante, bezüglich der das Licht in die Gegenrichtung abgelenkt wird.
Die Ablenkung des gebrochenen Lichtes ist bei symmetrischem Durchgang minimal. Dieser Effekt wird zur (wellenlängenabhängigen) Bestimmung der Brechzahl genutzt. Die Formel dafür lautet.

$n = {\sin {\delta_{min} + \epsilon \over 2} \over \sin {\epsilon \over 2}}$

mit:

n = Brechzahl des Materials für das verwendete monochromatische Licht

δ m i n

= minimaler Ablenkungswinkel

ε

= Prismenwinkel (zwischen Ein- und Austrittsfläche)

In einem Prisma aus einem doppelt brechenden Material wird Licht in verschieden zueinander polarisierte Strahlen getrennt. Das bekannteste solcher Prismen ist das Nicolsche Prisma, das aus zwei Dreieckprismen besteht.

Totalreflexion:

Trifft ein Lichtstrahl schräger als beim Prismenspektrometer auf die Austrittsfläche, so kann es dort total reflektiert werden. In mehreren optischen Instrumenten nutzt man diesen Effekt zur gezielten Lichtumlenkung wobei das Licht rechtwinklig auf die Eintritts- und die Austrittsfläche trifft, um dispergieren zu vermeiden. Bei Prismenferngläsern wird auf diese Weise das Bild aufgerichtet (Umkehrprisma). Das Pentaprisma hat ein Fünfeck als Grundfläche. Es wird zur 90°-Umlenkung benutzt, wobei das Bild seitenrichtig bleibt. Beim Pentadachkantprisma ist eine der vier spiegelnden Flächen durch zwei zueinander rechtwinklige Flächen ersetzt, wodurch das Bild gespiegelt wird. Es wird in Spiegelreflexkameras angewendet, um das durch deren Spiegel verkehrte Bild zu korrigieren.