Nicols prisme

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Bjælkevej i det nicolske prisme. Den optiske akse (OA) for calcitprismerne ligger i tegningens plan. De lodrette pile overlejret på den ekstraordinære stråle angiver polariseringsretningen parallelt med OA, punkterne på den almindelige stråle polarisationen vinkelret på den.

A Nicol prisme (efter William Nicol 1828 [1] , også Nicol prisme) er en polarisering prisme , der er limet sammen af to dobbeltbrydende calcit prismer .

Konstruktion og fremstilling

Calcit rhombohedron

En naturlig dobbelt-spar krystal lavet af calcit (calcit) er grundlaget for Nicols prisme. Disse er naturligt forekommende massive krystaller, hvorfra den typiske rhombohedronform , der består af seks romber , let kan opnås. Vinklerne på rhombohedrale kanter er 105,08 ° og 74,917 °. [2] Krystalets optiske akse, som er vigtig for det nicolske prisme, løber gennem hjørnerne, hvor kanterne danner tre stumpe vinkler. Hver overflade, der indeholder den optiske akse, er vinkelret på rhombohedronets to endeflader. Hvis du tager sådan en calcit rhombohedron (gunstigt med et aspektforhold på 3: 1) og drejer den, så den optiske akse er parallel med det plan, der overvejes, danner de naturlige brydningskanter en vinkel på 70.867 °. [2] Indfaldsfladerne slibes nu tilbage og poleres på en sådan måde, at de danner en vinkel på 68 ° (dermed opnås en højere acceptvinkel for det indfaldende lys). Derefter saves krystallen diagonalt i vinkel på endefladerne. Til sidst sættes disse to halvdele sammen igen med kit / lim. Traditionelt blev Canada balsam brugt som klæbemiddel, hvis brydningsindeks ligger mellem brydningsindekset for det almindelige og den ekstraordinære stråle i calcit (detaljer se nedenfor); i dag er andre klæbemidler også mulige. Afstanden mellem de to halvdele skal være stor nok til at forhindre optisk tunneling ( forhindret total refleksion ) (> 1 mm bør være tilstrækkelig) For at undertrykke spredt lys kan sidefladerne også forsynes med en uigennemsigtig , lysabsorberende belægning . [3]

funktionalitet

Hvis en lysstråle, der løber parallelt med de lange sideflader (i eksemplet med bølgelængden 589 nm, natrium D-linje ) falder på den venstre endeoverflade, brydes den i henhold til refraktionsloven . Indfaldsvinklen på ansigtet er 22 ° (= 90 ° - 68 ° ansigtets hældning). På grund af calcitets dobbeltbrydende egenskaber og det faktum, at endefladen er vinkelret på den optiske akse, deler den indfaldende lysstråle sig i to delstråler: den almindelige og den ekstraordinære stråle. På grund af forskellige brydningsindekser, de refraktionsvinkler er 13,06 ° for den ordinære ray (n o = 1,658) og 14,6 ° for den ekstraordinære ray (n ao = 1,486).

På grund af endefladernes vinkelforhold til den skårne overflade falder den almindelige stråle ved 76,94 ° (= 90 ° - 13,06 °) på grænsefladen med Canada balsam ( n k = 1,55). Dette er betydeligt større end den kritiske vinkel for total refleksion på 69,2 °. Den almindelige stråle reflekteres derfor totalt og kommer ud af prismen på en sideflade, der er roteret 90 °.

Den ekstraordinære stråle rammer imidlertid grænsefladen med Canadas balsam i en vinkel på 75,4 ° (= 90 ° - 14,6 °) som en p -polariseret stråle. På grund af det større brydningsindeks for den ekstraordinære stråle vs. Med Canada balsam brydes strålen normalt ved grænsefladen i Canada balsam (68,2 °), men også delvist reflekteret ( reflektans R = 1,24%). Den transmitterede del brydes igen ved grænsefladen mellem Canada balsam og den anden prisme del (og delvist reflekteret) og kommer ud af prismen som en stråle lineært polariseret parallelt med den optiske akse, lidt forskudt til den indfaldende stråle ved den anden endeflade.

Den beskrevne proces gælder også (med en anden vinkel) for skråt indfaldende stråler og konvergerende bundter af stråler, så længe den almindelige stråle reflekteres totalt ved grænsefladen med Canada balsam. Hvis indfaldsvinklen for den almindelige stråle falder under den kritiske vinkel, transmitteres denne også delvist ind i den anden prisme -del, og den udgående stråle er ikke længere stærkt lineært polariseret, men elliptisk polariseret (den nøjagtige polarisering skyldes superpositionen af ​​de to dele under hensyntagen til de gensidigt skiftede dele Faser på grund af forskellige hastigheder og optiske sti -længder i prismen). [3] Den anvendelige konvergensvinkel (symmetrisk i forhold til det langsgående tilfælde beskrevet ovenfor) er (2 · 9,7 ° =) 19,4 °. [3] Strengt taget afhænger dette også af det anvendte lys, da forholdene og værdierne beskrevet ovenfor ændres på grund af de bølgelængdeafhængige brydningsindekser ( dispersion ) af calcit og Canada balsam. Af denne grund vises farvede ringe eller kanter på det nye bundt, når hvidt lys falder. [2]

brug

Nicol -prismer var lang tid i polarisationsmikroskopien som en anvendt polarisator . De er nu blevet erstattet af polariserende film , som er billigere og fylder mindre. Til præcisionsmålinger bruges polarisationsprismer som det nicolske prisme dog stadig. Sidstnævnte blev imidlertid erstattet af designs med bedre egenskaber [3] såsom Glan-Thompson prisme eller Glan-Taylor prisme . I dag er det nicolske prisme derfor af ringe betydning i tekniske applikationer og forekommer kun i ældre enheder.

Yderligere designs af typen Nicol

Ud over det originale Nicol -prisme er der andre polarisationsprismer af "Nicol -typen" baseret på dette værk. Her skal nævnes varianten med luft som mellemprodukt, som blev foreslået af Leon Foucault (se Foucaults prisme ), samt andre tilpassede prismer. [3] [4]

Som man kan konkludere ud fra justeringen af ​​den ansigtsvinkel, der allerede er udført af Nicol og den generelle funktionalitet, er skærevinklen ikke kritisk med Nicol -prismen, dvs. afvigelser fører ikke til drastisk forringede egenskaber eller tab af funktion. Forskellige andre cut and cut -varianter blev efterfølgende foreslået og brugt af det nicolske prisme. Denne mangfoldige aktivitet medførte blandt andet Glan-Thompson prisme , den første variant af den såkaldte "Glan-type". Nogle relevante og vigtige former er kort beskrevet nedenfor.

Forkortet nicolisk prisme

Det forkortede nicolske prisme [4] er en variant foreslået og solgt af Wilhelm Steeg og Peter Reuter ( Steeg & Reuter Precision Optics ), hvor vinklerne på de romske overflader ikke er blevet ændret (stadig 71 °). I modsætning hertil blev skærevinklen ændret fra 90 ° til 84 °, hvilket fører til et mindre længdeforhold på ca. 2,83 (i stedet for 3: 1) og dermed lavere materialeomkostninger. Ændringen fører også til en større asymmetri og dermed en reduktion i acceptvinklen ( synsfeltet ) til 6,5 ° (ensidig). Ved at bruge et klæbemiddel med et brydningsindeks på 1,5 (i stedet for 1,55 som med Canada balsam), f.eks. B. Kopaiva balsam , denne effekt reduceres, og acceptvinklen er 12 ° (ensidig). [3] [4]

Ahrensches Nicol prisme

Med Ahrens Nicol prisme (efter Carston Dietrich Ahrens ), også Ahrens Nicol , er både frontfladerne og langsiderne (med 3,5 °) slebet. Dette øger vinklen på den naturlige brydekant fra 70.867 ° til 74.5 ° eller mere. Dette resulterer i noget mere symmetriske kritiske vinkler og et højere synsfelt. [3]

Dette Ahrens Nicol -prisme bør ikke forveksles med Ahrens -prismen, der består af tre dele.

Thompsons prisme

Thompson prisme (efter Silvanus Phillips Thompson ), også kaldet Thompsons Nicol , er et såkaldt omvendt Nicol prisme, hvor endefladerne er blevet slebet eller skåret, så de næsten er i retning af den optiske akse (5 ° i stedet af den naturlige ca. 45 °). Snittet foretages nu igen i den stumpe vinkel (nu på den modsatte side) i en vinkel på 89 °. Med denne variant får du et forkortet prisme, hvor den irriterende blå ring forskydes udad (med samme eller større synsfelt) [3] [5]

Nicols prisme med lige endeflader

Nicol- prismen med lige endeflader (engelsk firkantet Nicol [3] ) blev også fremstillet og solgt af Steeg og Reuter. [4] Dette prisms endeflader er slebet vinkelret på de langsgående flader, og skærevinklen er 75º. Længdeforholdet er 3,75 og synsfeltet er 24–27 ° afhængigt af det mellemliggende medium, der bruges (sidstnævnte for n = 1.525). [3] [4]

Hartnack-Prażmowski prisme

Hartnack-Prażmowski-prismen (efter Edmund Hartnack og Adam Prażmowski [6] ), også et Hartnack-prisme, er et omvendt Nicol-prisme med en 90 ° sidevinkel, hvor skærevinklen er vinkelret på den optiske akse. Endefladerne er til gengæld ved 17 ° i forhold til roteret langs den optiske akse. Som et mellemprodukt bruges linolie i stedet for canadisk balsam. Resultatet er en acceptvinkel på 35 ° med et billedformat på 3,4. [3] [4] Prismenes egenskaber kan ændres ved hjælp af andre mellemmedier og tilpassede udskæringer. [4]

På grund af de meget stærke indskrifter kræver denne prisme -variant meget materiale og er derfor meget dyrt.

Individuelle beviser

  1. ^ W. Nicol: Om en metode til hidtil at øge divergensen af ​​de to stråler i kalk-spar, at der kun kan ses et billede ad gangen . I: Edinburgh New Philosophical Journal . tape   6 , 1828, s.   83-84 ( biodiversitylibrary.org [adgang 3. november 2020]).
  2. a b c Heinz Haferkorn: Optik: fysisk-tekniske basics og applikationer . 4. rediger. og eksp. Udgave. Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-40372-8 , s.   432   ff .
  3. a b c d e f g h i j k Michael Bass (red.): Handbook of Optics, Third Edition Volume I: Geometrical and Physical Optics, Polarized Light, Components and Instruments . McGraw-Hill Professional, 2009, ISBN 978-0-07-162925-6 , s.   13.9-13.12 .
  4. a b c d e f g K. Feussner: Om prismer til polarisering af lys . I: Zeitschrift für Instrumentenkunde . tape   4 , nej.   2 , april 1884, s.   41–50 , doi : 10.1007 / BF01335319 ( begrænset forhåndsvisning i Google bogsøgning ).
  5. L. Dippel: Thopmsons ændring af Nicol -prismen, der giver en større feltvinkel (Philos. Mag. 1886, s. 478 - 480, 1 pl .; Jfr. R. Microsc. Soc. Ser. II bind IV, 1886, pkt. 6 s. 1054). I: Journal for Scientific Microscopy and Microscopic Technology . tape   3 , nej.   4 , 1886, s.   500–502 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  6. Hartnack, Prazmowski: polarisering prisme. I: Repertoire for eksperimentel fysik, for fysisk teknologi, matematisk og astronomisk instrumentering . tape   2 , 1866, s.   217 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
    Hartnack, Prazmowski: Prisme polarisator . I: Ann. de Chim. et de Phys. Ser. 4. tape   7 , 1866, s.   181-189 ( digitaliseretGallica ).
    Hartnack, Prazmowski: polariserende prisme . I: Annals of Physics . tape   203 , nr.   3 , 1866, s.   494-496 , doi : 10.1002 / andp.18662030315 .