Prisma

'n Prisma is 'n deursigtige liggaam wat ligstrale van rigting kan laat verander. Sowel ligbreking as weerkaatsing kom hierby ter sprake. ʼn Dispersieprisma breek saamgestelde lig in 'n spektrum (reënboog van kleure) op, terwyl lig wat in een rigting gepolariseer is, met behulp van 'n polariseerprisma verkry kan word. 'n Prisma is in sy eenvoudigste vorm 'n wiskundige figuur, dit wil sê ʼn figuur met ewewydige (gelyke) onder- en bovlakke wat deur parallelle vlakke (mantelvlakke) met mekaar verbind is.

'n Skematiese voorstelling van 'n volgehoue ligstraal opgeneem deur 'n prisma. Die wit straal stel die golflengtes voor van sigbare lig soos wat dit deur die vakuum beweeg. Die prisma maak dat die lig stadiger beweeg. Hierdie effek kom sterker voor in korter golflengtes.

Die hoofvlak van die prisma is loodreg op die mantelvlakke. Lig val aftyd deur 'n mantelvlak in 'n prisma in en verlaat die prisma deur 'n ander mantelvlak. Die onder- en bovlak vervul geen optiese funksie nie en word gewoonlik ook nie geslyp nie. Die materiaal waaruit 'n prisma vervaardig word, moet goed deurdringbaar wees vir lig en is meestal kroonglas, flintglas of Perspex. In sommige gevalle bestaan 'n prisma uit 'n dun glashouer wat met ʼn vloeistof gevul is.

Wanneer 'n ligstraal skuins by ʼn prisma inval, vind daar figbreking plaas. Die hoek tussen die intredende en uittredende ligstraal word die afwykingshoek genoem. Hierdie afwykingshoek word onder meer bepaal deur die brekingsindeks van die prismamateriaal, die golflengte van die lig, die meetkundige vorm van die prisma en die invalshoek (die hoek waarteen die lig op die prisma inval). Die brekings indekse van prismamateriale is groter as die van lug.

Volgens die wet van Snellius sal lig dan, wanneer dit op 'n prisma inval, na die normaal (die oorspronklike rigting van die ligbundel) gebuig word, en wanneer dit uit die prisma beweeg, weg van die normaal af. Die breking weg van die normaal af is slegs moontlik as die hoek wat die ligstraal met die normaal maak, kleiner as 'n sekere hoek (die grenshoek) is. As dit nie die geval is nie, sal weerkaatsing in plaas van breking plaasvind. In die geval van kroonglas en flintglas is die grenshoek ongeveer 43°.

Weerkaatsing vind ook by kleiner invalshoeke plaas, maar in kleiner mate. Totale weerkaatsing word in 'n refleksieprisma gebruik om byvoorbeeld 'n beeld deur 90° te draai, dit om te keer soos in ʼn prismatiese teleskoop, of sydelings te verplaas soos in 'n periskoop. Deur weerkaatsing in meer mantelvlakke kan 'n beeld meer as 1 keer weerspieël word. Met behulp van 'n refleksieprisma is dit ook moontlik om die invallende en uittredende ligbondel loodreg op die mantelvlak in of uit te laat tree om breking te voorkom.

Die beginsel word byvoorbeeld toegepas in die pentaprisma, wat in die beeldsoeker van spieëlreflekskamera gebruik word pentaprisma het as hoofvlak 'n reghoekige vyfhoek en 3 versilwerde mantelvlakke waarteen die beeld weerkaats word. In vergelyking met 'n gewone spieël het 'n prisma 'n aantal voordele. Die stand van die verskillende spieëlvlakke ten opsigte van mekaar bly byvoorbeeld altyd presies dieselfde, die (soms 'n groot aantal) weerkaatsingsvlakke kan nie vuil word nie, 'n prisma oksideer nie en is ook redelik goed bestand teen beskadiging in vergelyking met die uiters dun metaalfilm van 'n optiese spieël.

'n Prisma word dan ook dikwels gebruik in gevalle waar ʼn konstruksie nie toelaat dat lig onder 'n groter hoek as die grenshoek op die weerkaatsende sy inval nie. Om die lig te weerkaats, word die sye aan die buitekant met 'n dun lagie silwer of aluminium bedek. Spieëls is egter dikwels goedkoper as prismas, het in sommige gevalle minder ongewenste afwykinge en kan makliker met groot afmetings vervaardig word. 'n Verdeelprisma kan gebruik word om 'n ligbundel in twee te verdeel.

Die bundelverdeler kan met 'n halfdeurlatende spieël vergelyk word, en die ligbundel word op ʼn syvlak ingelaat, met 'n hoek wat presies onder die grenshoek lê. 'n Deel van die lig word dan weerkaats en 'n deel word deurgelaat. Twee sulke prismas agter mekaar word byvoorbeeld in televisiekameras gebruik om die ligbundel in drie dele te verdeel, wat onderskeidelik vir die rooi, die groen en die blou beeld bestem is.

Dispersie en polarisering

Die mate waarin lig aan die grensoppervlak van 'n prisma gebreek word, hang af van die golflengte van die lig. Dit bring mee dat saamgestelde (wit) lig deur 'n dispersieprisma in die kleure waaruit dit saamgestel is, opgebreek word en dat daar agter die prisma 'n kleurspektrum (reënboog) ontstaan. Die brekingsindeks van glas is die kleinste vir rooi lig en word groter vir geel, groen en blou, met ander woorde die rooi gedeelte van die spektrum word die minste afgebuig en die blou komponent die meeste.

Die eenvoudigste dispersieprisma is 'n gelykbenige driesydige prisma. Ten einde die dispersie te vergroot, kan 'n aantal driesydige prismas agter mekaar opgestapel word (Raleigh-prisma). 'n Amici-prisma is opgebou uit drie prismas waarvan die middelste een uit flintglas bestaan en die ander twee uit kroonglas. Afhangende van die hoeke waarteen 'n prisma geslyp is, sal dit al die kleure, behalwe 'n spesifieke een, afbuig. Een so 'n prisma is die Amici-prisma wat, net soos ʼn refleksieprisma, gebruik word vir die burg van wit lig sonder dat dis persie plaasvind.

In 'n soortgelyke achromatiese prisma word die skynbare ongevoeligheid vir 'n sekere golflengte veroorsaak deurdat die afwykingsverskil wat deur die flintglasprisma ontstaan, uitgewis word deur die van kroonglasprismas. Prismas word ook vir die polarisering van lig gebruik, soos byvoorbeeld in 'n polariseermikroskoop. By die polariseerprisma word gebruik gemaak van die dubbele breking van anisotrope kristalle soos die kalkspaatkristal.

Hierby word natuurlike lig, wat in alle rigtings loodreg op die voortplantingsrigting beweeg, in twee onderling loodreg gepolariseerde lidbundels verdeel. Een bundel (die ordinêre bundel) word volgens die wette van Snellius gebreek en die ander (ekstra-ordinêre) bundel nie. Met behulp van die Nicol-prisma, wat uit twee aanmekaar gehegte prismas bestaan, word hierdie bundels van mekaar geskei. As gevolg van die veranderde breking oortref die ordinêre bundel nie sy grenshoek nie en word dit weerkaats (en vervolgens in 'n laag geabsorbeer), terwyl die ekstra-ordinêre bundel uit die prisma tree.

Infrarooi

Kaliumchloried is heeltemal deursigtig in die infrarooi gebied en word vir optiese element soos lense, vensters en prismas aangewend. Die stof is nogtans higroskopies en moet vir die vog van die lug behoed word.

Bronnelys

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN