Dove-Prisma

Das Dove-Prisma, selten auch Harting-Dove-Prisma genannt^[1], ist ein optisches Prisma, genauer ein Umkehrprisma. Es wird in optischen Systemen zur Umkehrung des Bildes eines parallelen Lichtbündels verwendet. Benannt wurde das Prisma nach Heinrich Wilhelm Dove.^[2]

Aufbau und Funktionsweise

Strahlengang in einem Dove-Prisma

Ein Dove-Prisma ist ein Prisma mit der Grundfläche eines Trapezes mit um 45° geneigten Seitenflächen; oft wird auch als ein gleichseitiges, rechtwinkliges Prisma beschrieben, bei dem der im optisch nicht wirksamen Bereich abgeschnitten wurde. Die Länge des Prismas ist in der Regel vier- bis fünfmal (im Fall von Glas als Prismenmaterial) so groß wie der Durchmesser des Lichtstrahls, der übertragen werden soll.

Trifft ein entlang der Längsachse des Prismas verlaufender, kollimierter Lichtstrahl auf eine der geneigten Einfallsflächen wird er zunächst in das Prisma hinein gebrochen und auf die längste Seite des Prismas geleitet. Dort erfährt der Lichtstrahl eine Totalreflexion und wird auf die zweite schräge Fläche geleitet, wo es aus dem Prisma austreten kann. Der Strahlverlauf nach dem Prisma entspricht der optischen Achse des einfallenden Strahls, jedoch erfährt das Bild durch die Reflexion im Prisma eine Spiegelung parallel zur reflektierenden Fläche.

Eigenschaften und Anwendung

Dove-Prismen haben eine interessante Eigenschaft, sie drehen das Bild entlang ihrer Längsachse doppelt so schnell wie es selbst um seine Längsachse gedreht wird. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um ein Strahl um einen willkürlich gewählten Winkel zu drehen. Daraus ergibt sich der Einsatz von Dove-Prismen als „Strahldreher“, die unter anderem in Bereichen wie der Interferometrie, Astronomie und Mustererkennung Anwendung finden.

Lesso und Padgett (1999^[3]) sowie Moreno et al. (2003^[4], 2004^[5]) haben festgestellt, dass sich der Polarisationszustand eines Lichtstrahls beim Durchgang durch ein Dove-Prisma ändert. Diese Eigenschaften der Dove-Prismen sind von besonderem Interesse, da sie die Signalmessung von wissenschaftlichen Instrumenten beeinflussen können.

Varianten

Doppeltes Dove-Prisma

Werden zwei Dove-Prismen an ihrer längsten Seite (nach dessen Verspiegelung durch eine Metallbeschichtung) zusammengefügt, entsteht das sogenannte doppelte Dove-Prisma. Es verhält sich im Wesentlich wie ein einfaches Dove-Prisma, jedoch liegt die Strahlmitte in der Mitte des Gesamtprismas. Dadurch wird der Lichtstrahl in zwei im Prisma unterschiedlich verlaufende Teilstrahlen aufgespalten und das Prisma kann (im Vergleich zum einfachen Dove-Prisma) bei doppelter Höhe in der Länge halbiert werden. Durch die Aufspaltung in zwei Teilstrahlen muss das doppelte Dove-Prisma sehr genau gefertigt werden, um beispielsweise ein Auseinanderdriften der beiden Bildhälften zu verhindern.^[6]

Dove’sches Umkehrprisma

Beim Dove’sches Umkehrprisma^[7] ist die totalreflektierende Fläche als nicht als einfache Fläche sondern als eine Dachkante gefertigt (Dove-Prisma mit Dachkante). Es entspricht somit im Wesentlichen einem Amici-Prisma, bei dem das Lichtbündel nicht senkrecht sondern ein einem Winkel von 45° auf die Eintrittsflächen einfällt. Durch die Dachkante kommt es zu einer zweiseitigen Vertauschung entlang der optischen Achse, was bei einem parallelen zur optischen Achse einfallenden Lichtbündel nicht nur zu einer Spiegelung sondern zu einer vollständigen Drehung der Bildlage um 180° führt.

Einzelnachweise

1. ↑ Michael Bass (Hrsg.): Handbook of optics. Vol. 1 – Geometrical and physical optics, polarized light, components and intruments. 3. Auflage. McGraw Hill Professional, ISBN 978-0071498890, S. 19.9.
2. ↑ H. W Dove: Das Reversionsprisma und seine Anwendung als terrestrisches Ocular und zum Messen von Winkeln. In: Annalen der Physik. 159, Nr. 5, 1851, S. 189–194, doi:10.1002/andp.18511590515 (Volltext auf Gallica).
3. ↑ Miles Padgett, J. Paul Lesso: Dove prisms and polarized light. In: Journal of Modern Optics. 46, Nr. 2, 1999, S. 175–179, doi:10.1080/09500349908231263.
4. ↑ Ivan Moreno, Gonzalo Paez, Marija Strojnik: Polarization transforming properties of Dove prisms. In: Optics Communications. 220, Nr. 4–6, 2003, ISSN 00304018, S. 257–268, doi:16/S0030-4018(03)01423-8.
5. ↑ Ivan Moreno: Jones Matrix for Image-Rotation Prisms. In: Applied Optics. 43, Nr. 17, 2004, ISSN 00036935, S. 3373–3381, doi:10.1364/AO.43.003373 (PDF, abgerufen am 24. August 2011).
6. ↑ Warren J. Smith: Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems. 3. Auflage. Mcgraw-Hill Professional, 2000, ISBN 0071363602, S. 107.
7. ↑ Heinz Haferkorn: Optik: Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 4. Auflage. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002, ISBN 3527403728, S. 483.