المنشور (البصريات)

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Prism" Optics – news  · journalist  · books  · scholar  · JSTOR ( November 2023 ) ( Learn how and when to remove this message )

المنشور البصري هو عنصر بصري شفاف ذو أسطح مسطحة مصقولة ومصمم لكسر الضوء . يجب أن يكون أحد السطحين على الأقل بزاوية - العناصر ذات السطحين المتوازيين ليست مناشير . النوع الأكثر شيوعًا من المنشور البصري هو المنشور الثلاثي ، الذي له قاعدة مثلثة وجوانب مستطيلة. ليست كل المنشورات البصرية مناشير هندسية ، ولا تُحسب كل المنشورات الهندسية كمنشور بصري. يمكن صنع المنشورات من أي مادة شفافة للأطوال الموجية المصممة لها. تشمل المواد النموذجية الزجاج والأكريليك والفلوريت .

يمكن استخدام المنشور المشتت لتقسيم الضوء الأبيض إلى الألوان الطيفية المكونة له (ألوان قوس قزح ) لتكوين طيف كما هو موضح في القسم التالي. يمكن استخدام أنواع أخرى من المنشورات المذكورة أدناه لعكس الضوء ، أو لتقسيم الضوء إلى مكونات ذات استقطابات مختلفة .

تُستخدم المنشورات المشتتة لتقسيم الضوء إلى الألوان الطيفية المكونة له لأن معامل الانكسار يعتمد على الطول الموجي ؛ فالضوء الأبيض الذي يدخل المنشور هو مزيج من أطوال موجية مختلفة، وكل منها ينحني بشكل مختلف قليلاً. يتباطأ الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأحمر وبالتالي ينحني أكثر من الضوء الأحمر.

• المنشور الثلاثي
• منشور أميتشي وأنواع أخرى من المنشورات المركبة
• منشور ليترو مع مرآة على جانبه الخلفي
• منشور بيلين-بروكا
• منشور آبي
• منشور تشتتي ذو شبكة حيود على سطحه
• منشور فيري

التشتت الطيفي هو الخاصية الأكثر شهرة للمناشير الضوئية، على الرغم من أنه ليس الغرض الأكثر شيوعًا لاستخدام المناشير الضوئية في الممارسة العملية.

تُستخدم المنشورات العاكسة لعكس الضوء، وذلك من أجل قلب شعاع الضوء أو عكسه أو تدويره أو انحرافه أو إزاحته. تُستخدم عادةً لتركيب الصورة في المناظير أو الكاميرات العاكسة أحادية العدسة - فبدون المنشورات ستكون الصورة مقلوبة بالنسبة للمستخدم.

تستخدم المنشورات العاكسة الانعكاس الداخلي الكلي لتحقيق انعكاس شبه مثالي للضوء الذي يضرب الجوانب بزاوية مائلة بدرجة كافية. عادة ما تكون المنشورات مصنوعة من زجاج بصري ، والذي عند دمجه مع طلاء مضاد للانعكاس لجوانب الإدخال والإخراج، يؤدي إلى فقدان ضوء أقل بكثير من المرايا المعدنية.

• عدد فردي من الانعكاسات، تظهر الصورة مقلوبة (معكوسة)
  • عاكس منشوري مثلثي، يعرض الصورة بشكل جانبي (التشتت اللوني يساوي صفرًا في حالة حدوث إدخال وإخراج عمودي)
  • تُظهر صور المنشور الخماسي للسقف صورة مقلوبة جانبيًا على طول المحور الآخر
  • مشروع منشور الحمامة يقدم صورة للأمام
  • عاكس زاويا المكعب يعرض الصورة للخلف
• عدد زوجي من الانعكاسات، تظهر الصورة في وضع مستقيم (بدون تغيير في اليد المستخدمة؛ قد تكون أو لا تكون دائرية)
  • يقوم منشور بورو بإسقاط الصورة إلى الخلف وإزاحتها
  • يقوم منشور بورو-آبي بإسقاط الصورة للأمام، وتدويرها بمقدار 180 درجة وإزاحتها
  • منشور بيرجر، وهو تطوير قائم على منشور بورو-آبي، يعرض الصورة للأمام، ويدور بمقدار 180 درجة ويتحرك
  • يقوم منشور آبي-كوينج بإسقاط الصورة للأمام، وتدويرها بمقدار 180 درجة وتكون في خط مستقيم (4 انعكاسات داخلية [انعكاسان على سطوح الأسطح])
  • يقوم منشور Bauernfeind بإسقاط الصورة بشكل جانبي (مائل بمقدار 45 درجة)
  • مشروع منشور سقف أميتشي يصور الصورة بشكل جانبي
  • مشروع Pentaprism يصور الصورة بشكل جانبي
  • يقوم منشور شميدت-بيكان بإسقاط الصورة للأمام، وتدويرها بمقدار 180 درجة (6 انعكاسات [انعكاسان على سهول السطح]؛ تتكون من جزء باورنفايند وجزء شميدت)
  • يقوم منشور أوبندال بإسقاط الصورة للأمام، وتدور بزاوية 180 درجة وتكون في خط مستقيم (6 انعكاسات [انعكاسان على سطوح الأسطح])؛ تتكون من 3 منشورات ملتصقة ببعضها البعض)

يمكن ترسيب طبقات ضوئية رقيقة مختلفة على وتر أحد المنشورات القائمة الزاوية، ولصقها بمنشور آخر لتشكيل مكعب مقسم للشعاع. يتم تحديد الأداء البصري الإجمالي لمثل هذا المكعب من خلال الطبقة الرقيقة.

بالمقارنة مع الركيزة الزجاجية المعتادة، يوفر مكعب الزجاج حماية لطبقة الفيلم الرقيق من كلا الجانبين واستقرارًا ميكانيكيًا أفضل. كما يمكن للمكعب أيضًا التخلص من تأثيرات الانحراف والانعكاس الخلفي وانحراف الشعاع الطفيف.

• تشكل مرشحات الألوان ثنائية اللون منشورًا ثنائي اللون
• تتمتع مقسمات الأشعة المكعبة المستقطبة بنسبة انطفاء أقل من تلك ثنائية الانكسار، ولكنها أقل تكلفة
• توفر المرايا المعدنية جزئيًا مقسمات شعاع غير مستقطبة
• فجوة هوائية − عندما يتم تكديس أوتار المنشورين المثلثين بالقرب من بعضهما البعض مع وجود فجوة هوائية، فإن الانعكاس الداخلي الكلي المحبط في المنشور الأول يجعل من الممكن ربط جزء من الإشعاع في موجة منتشرة في المنشور الثاني. تنخفض الطاقة المنقولة بشكل كبير مع عرض الفجوة، لذلك يمكن ضبطها على عدة أوامر من حيث الحجم بواسطة برغي ميكرومتري.
• المنشور الثنائي (أو منشور فرينل الثنائي): منشوران متصلان عند قاعدتيهما، ويشكلان زاوية رأس واسعة (~ 180 درجة)؛ يستخدم في قياس التداخل ذي المسار المشترك . ^{[1] [2]}

تتكون فئة أخرى من المنشورات المستقطبة التي تستخدم الازدواج الانكساري لتقسيم شعاع الضوء إلى مكونات ذات استقطاب متفاوت . في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية، تكون خسائرها منخفضة للغاية وعادةً ما تتجاوز نسبة انقراضها ، وهي متفوقة على الأنواع الأخرى من المستقطبات . قد تستخدم أو لا تستخدم الانعكاس الداخلي الكلي؛ ${\displaystyle 10^{5}:1}$

• يتم فصل الاستقطاب الواحد عن طريق الانعكاس الداخلي الكلي:
  • منشور نيكول
  • منشور غلان-فوكو
  • منشور جلان تايلور ، وهو نوع عالي القدرة من المنشور، ويشار إليه أيضًا باسم منشور جلان ليزر
  • منشور جلان-تومسون
• ينحرف الاستقطاب الواحد فقط عن طريق الانكسار المختلف:
  • منشور روشون
  • منشور سينارمونت
• ينحرف كلا الاستقطابين عن طريق الانكسار:
  • منشور ولستون
  • منشور نومارسكي – أحد أشكال منشور وولاستون حيث تظهر مكونات p و s مزاحة ومتقاربة تجاه بعضها البعض؛ وهو أمر مهم لمجهر التباين التداخلي التفاضلي
• تظل الاستقطابات متوازية، ولكنها منفصلة مكانيًا:
  • مُزاحات شعاع الاستقطاب، مصنوعة عادةً من بلورة سميكة متباينة الخواص ذات أوجه متوازية

تُصنع هذه المواد عادةً من مادة بلورية ثنائية الانكسار مثل الكالسيت ، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى مواد أخرى مثل _{الكوارتز} و α -BBO لتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية، كما ستعمل مواد أخرى ( _MgF2 و YVO4 و TiO2 ) على توسيع نطاق النقل إلى ما هو أبعد في النطاق الطيفي للأشعة _تحت الحمراء .

كما أن المنشورات المصنوعة من مواد متساوية الخواص مثل الزجاج ستغير استقطاب الضوء، حيث أن الانعكاس الجزئي تحت الزوايا المائلة لا يحافظ على نسبة السعة (ولا الطور) للمكونات المستقطبة s و p للضوء، مما يؤدي إلى استقطاب بيضاوي عام . هذا هو عمومًا تأثير غير مرغوب فيه للمنشورات المشتتة. في بعض الحالات يمكن تجنب ذلك عن طريق اختيار هندسة المنشور التي يدخل الضوء ويخرج منها بزاوية عمودية، أو عن طريق التعويض من خلال مسار الضوء غير المستوي، أو عن طريق استخدام الضوء المستقطب p.

لا يغير الانعكاس الداخلي الكلي إلا الطور المتبادل بين الضوء المستقطب s وp. وتحت زاوية سقوط مختارة جيدًا، تكون هذه الطور قريبة من . ${\displaystyle \pi /4}$

• يستخدم معين فرينل هذا التأثير لتحقيق التحويل بين الاستقطاب الدائري والاستقطاب الخطي. لا يعتمد هذا الاختلاف في الطور صراحةً على الطول الموجي، بل يعتمد فقط على معامل الانكسار، لذا فإن معينات فرينل المصنوعة من زجاج منخفض التشتت تحقق نطاقًا طيفيًا أوسع بكثير من الألواح ذات الربع الموجي . ومع ذلك، فإنها تحل محل الشعاع.
• معين فرينل مزدوج، مع انعكاس رباعي وإزاحة شعاع صفرية، يحل محل لوحة نصف الموجة .
• يمكن أيضًا استخدام تأثير مماثل لإنشاء بصريات تحافظ على الاستقطاب.

يمكن تجميع البلورات ثنائية الانكسار بطريقة تؤدي إلى استقطاب واضح للضوء.

• مزيل الاستقطاب القرني
• مزيل الاستقطاب ليوت

لن يتم ملاحظة الاستقطاب لموجة مستوية أحادية اللون مثالية ، حيث يقوم كلا الجهازين في الواقع بتحويل التماسك الزمني المنخفض أو التماسك المكاني للحزمة إلى عدم تماسك مكونات الاستقطاب الخاصة بها على التوالي.

تُستخدم ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي في المنشورات في مجالات عديدة من خلال البصريات والبلازمونات والمجهر. وعلى وجه الخصوص:

• تُستخدم المنشورات لربط الضوء المنتشر بالبلازمونات السطحية . إما أن يكون وتر المنشور المثلثي مطليًا بالمعادن (تكوين كريتشمان)، أو يتم ربط الموجة المتلاشية بسطح معدني قريب جدًا (تكوين أوتو).
• يمكن تشكيل بعض الوسائط النشطة بالليزر على شكل منشور حيث يدخل شعاع المضخة منخفض الجودة إلى الواجهة الأمامية، بينما يخضع الشعاع المضخم للانعكاس الداخلي الكلي تحت تأثير الاحتكاك منه. يعاني هذا التصميم بشكل أقل من الإجهاد الحراري ويسهل ضخه بواسطة ثنائيات الليزر عالية الطاقة.

تعتمد الاستخدامات الأخرى للمناشير على انكسارها المنحرف للشعاع:

• تُستخدم المنشورات الإسفينية لانحراف شعاع الضوء أحادي اللون بزاوية ثابتة. ويمكن استخدام زوج من هذه المنشورات لتوجيه الشعاع ؛ فمن خلال تدوير المنشورات يمكن انحراف الشعاع إلى أي زاوية مرغوبة داخل "مجال الرؤية" المخروطي. وأكثر التطبيقات شيوعًا هو زوج من المنشورات من نوع Risley. ^[3]
• يمكن أيضًا أن تكون النوافذ الشفافة، مثل غرف التفريغ أو الكوفيتات، محصورة قليلاً (10' − 1°). وفي حين أن هذا لا يقلل من الانعكاس، فإنه يقمع تداخلات فابري-بيرو التي من شأنها أن تعدل طيف انتقالها.
• يمكن أيضًا للزوج اللامورفي من المنشورات المتشابهة ولكن الموضوعة بشكل غير متماثل أن يغير شكل الشعاع. غالبًا ما يستخدم هذا لصنع شعاع دائري من المخرج الإهليلجي لصمام ثنائي ليزر . مع ضوء أحادي اللون، فإن التشتت اللوني الطفيف الناتج عن ميل الإسفين المختلف لا يشكل مشكلة.
• تم استخدام مناشير سطح السفينة في السفن الشراعية لجلب ضوء النهار إلى أسفل سطح السفينة، ^[4] حيث أن الشموع ومصابيح الكيروسين تشكل خطر حريق على السفن الخشبية.

من خلال تحريك العدسات التصحيحية بعيدًا عن المحور ، يمكن إزاحة الصور المرئية من خلالها بنفس الطريقة التي يزيح بها المنشور الصور. يستخدم أخصائيو العناية بالعيون المنشورات، بالإضافة إلى العدسات بعيدًا عن المحور، لعلاج مشاكل تقويم البصر المختلفة :

• ازدواج الرؤية
• مشاكل الاندماج الإيجابي والسلبي ^{[ غامض ] [ بحاجة لمصدر ]}

تؤدي النظارات المنشورية ذات المنشور الواحد إلى إزاحة نسبية للعينين، وبالتالي تصحيح الحول الداخلي والخارجي وفرط الحول أو نقصه.

على النقيض من ذلك، تعمل النظارات ذات المنشورات ذات القوة المتساوية لكلا العينين، والتي تسمى المنشورات المقترنة (أيضًا: المنشورات المترافقة ، أو العدسات المحيطة أو نظارات الأداء ) على تحويل المجال البصري لكلا العينين بنفس الدرجة. ^[5]

• الحد الأدنى للانحراف
• نظرية التشتت متعدد المنشورات
• ضاغط المنشور
• ديوبتر المنشور
• مطياف المنشور
• المنشور (الهندسة)
• نظرية الألوان
• المنشور الثلاثي (هندسة)
• المنشور الفائق
• وصفة النظارات الطبية
• إضاءة المنشور

• هيشت، يوجين (2001). البصريات (الطبعة الرابعة). بيرسون للتعليم. رقم ISBN 0-8053-8566-5.

• "بريزم"  . الموسوعة البريطانية . المجلد. 22 (الطبعة الحادية عشرة). 1911. ص. 361.
• برنامج جافا للانكسار من خلال المنشور