অপটিক্যাল প্রিজম: এটি কীভাবে কাজ করে, প্রকার এবং নির্বাচন নির্দেশিকা

প্রতিসরণ এবং বিচ্যুতির জ্যামিতি

প্রিজমে প্রবেশ করা আলো গতি এবং দিক পরিবর্তন করে কারণ কাচের প্রতিসরণ সূচক বাতাসের চেয়ে বেশি। সম্পর্ক অনুসরণ করে n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ , যেখানে θ সাধারণ পৃষ্ঠ থেকে পরিমাপ করা হয়। একটি রশ্মি শীর্ষ কোণ A দিয়ে প্রিজম অতিক্রম করে মোট বিচ্যুতি অনুভব করে δ = i₁ i₂ – A, i₁ এবং i₂ প্রবেশদ্বার এবং প্রস্থান কোণ। ন্যূনতম বিচ্যুতি অবস্থায়, রশ্মি প্রতিসমভাবে চলে যায় এবং প্রতিসরণ সূচক সরাসরি n = sin[(A δₘ)/2] / sin(A/2) থেকে গণনা করা যেতে পারে। এই সম্পত্তি উপাদান বিচ্ছুরণ সুনির্দিষ্ট পরিমাপ অনুমতি দেয়.

উপাদান পছন্দ বিচ্যুতি পরিমাণ এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিস্তার উভয় নিয়ন্ত্রণ করে। একটি সাধারণ বোরোসিলিকেট ক্রাউন গ্লাস (N-BK7 সমতুল্য) আছে n _d = 1.5168 587.6 nm এবং একটি Abbe সংখ্যা V _d = 64.17 , মাঝারি বিচ্ছুরণ নির্দেশ করে। অতিবেগুনী অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, UV-গ্রেড ফিউজড সিলিকা (n _d = 1.4585, ভি _d = 67.8) 350 এনএম এর নিচে উচ্চতর ট্রান্সমিশন এবং নিম্ন তাপীয় সম্প্রসারণ অফার করে। দুটি উপাদানের মধ্যে প্রতিসরাঙ্ক সূচকের পার্থক্য একই শীর্ষ কোণে বেশ কয়েকটি ডিগ্রী দ্বারা বিচ্যুতিকে পরিবর্তন করে, একটি সিস্টেম ডিজাইন করার সময় একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ।

প্রিজমের ধরন এবং তাদের কার্যাবলী

প্রতিটি জ্যামিতি পুনরাবৃত্তিযোগ্য কৌণিক পরিবর্তন অর্জনের জন্য প্রতিসরণ বা প্রতিফলনকে কাজে লাগায়। উপরের টেবিলটি সংজ্ঞায়িত শীর্ষ কোণ এবং প্রাথমিক অপটিক্যাল কাজ হাইলাইট করে। যখন একটি সমবাহু প্রিজম বিচ্ছুরণের জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়, তখন একটি সমকোণ প্রিজম মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনকে পুঁজি করে একটি রশ্মিকে 90° ভাঁজ করে যখন কোলিমেটেড আলো ব্যবহার করা হয় তখন আবরণ ছাড়াই।

বিচ্ছুরণ এবং বর্ণালী রেজোলিউশন

সাদা আলো যখন প্রিজমের মধ্য দিয়ে যায়, তখন প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য একটু ভিন্ন কোণে প্রতিসরণ করে কারণ প্রতিসরণ সূচক ক্রমবর্ধমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে হ্রাস পায়। একটি সাধারণ জন্য N-BK7 দিয়ে তৈরি 60° সমবাহু প্রিজম, 400 nm থেকে 700 nm পর্যন্ত কৌণিক বিস্তৃতি প্রায় 0.5° ছুঁয়েছে . তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে বিচ্যুতির পরিবর্তনের হার, কৌণিক বিচ্ছুরণ dδ/dλ, প্রায় 0.08°/nm 500 nm এ একই কাচের জন্য। এই বিচ্ছেদ শক্তি অনেক কমপ্যাক্ট স্পেকট্রোমিটারের জন্য যথেষ্ট, যেখানে একটি রৈখিক ডিটেক্টর অ্যারে বিচ্ছুরিত স্পেকট্রামকে স্থানান্তরিত না করে ক্যাপচার করে।

বর্ণালী রেজোলিউশন প্রিজমের ভিত্তি দৈর্ঘ্য এবং উপাদানের বিচ্ছুরণ বক্ররেখার উপর নির্ভর করে। কাচের মধ্য দিয়ে একটি দীর্ঘ অপটিক্যাল পথ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে শারীরিক বিচ্ছেদ বাড়ায়। উদাহরণস্বরূপ, একটি 30 মিমি বেস সহ একটি প্রিজম সাধারণত সোডিয়াম ডি-লাইনগুলি (589.0 nm এবং 589.6 nm) সংকীর্ণ প্রবেশপথের স্লিটের সাথে মিলিত হলে সমাধান করতে পারে। এই নীতিটি শোষণ এবং ফ্লুরোসেন্স পরিমাপ সিস্টেমে ব্যবহৃত প্রিজম মনোক্রোমেটরগুলির মেরুদণ্ড হিসাবে রয়ে গেছে।

মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন এবং চিত্র নিয়ন্ত্রণ

প্রতিফলিত প্রিজমগুলি ধাতব আবরণ ছাড়াই আলোকে পুনঃনির্দেশ করতে মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন (টিআইআর) ব্যবহার করে। যখন কাচের ভিতরের আলো সমালোচনামূলক কোণের চেয়ে বড় কোণে একটি পৃষ্ঠকে আঘাত করে, 100% প্রতিফলন ঘটে . N-BK7 এর জন্য, সমালোচনামূলক কোণটি শুধুমাত্র প্রায় 41.2° গ্লাস-এয়ার ইন্টারফেসের জন্য। একটি ডান-কোণ প্রিজম এক পায়ে স্বাভাবিক সংযোজিত আলো গ্রহণ করে, এটি কর্ণের 45° এ প্রতিফলিত করে এবং একটি সুনির্দিষ্ট 90° ভাঁজ সহ অন্য পায়ে পাঠায়। কারণ 45° ঘটনাটি সমালোচনামূলক কোণকে অতিক্রম করে, উচ্চ থ্রুপুট সংরক্ষণ করে এবং ধাতব শোষণ দূর করে, কোন প্রতিফলিত আবরণের প্রয়োজন হয় না।

আরও বিশেষায়িত প্রিজম ইমেজ ওরিয়েন্টেশন পরিচালনা করে। একটি পেন্টা প্রিজম ছোট প্রান্তিককরণ ত্রুটি নির্বিশেষে একটি ধ্রুবক 90° বিচ্যুতি প্রদান করে এবং চিত্রটিকে উল্টে বা বিপরীত করে না-দুটি অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন, যার একটি আবরণ করা আবশ্যক, এটি অর্জন করে। একটি ডোভ প্রিজম প্রিজমের নিজস্ব ঘূর্ণন কোণের দ্বিগুণ দ্বারা একটি চিত্রকে ঘোরায়, এটি লেজার রশ্মি স্ক্যানিং এবং ইমেজ ডিরোটেশনে কার্যকর করে তোলে। কর্নার কিউব রেট্রোরিফ্লেক্টরগুলি ঘটনার পথ ধরে ঠিক আলো ফিরিয়ে দেয়, চন্দ্র লেজার রেঞ্জিং এবং শিল্প সারিবদ্ধতায় শোষিত একটি সম্পত্তি, রিটার্ন নির্ভুলতা প্রায়শই এর চেয়ে ভাল 5 আর্কসেকেন্ড যখন আঁট সহনশীলতা গড়া.

একটি প্রিজম নির্দিষ্ট করা: উপাদান, আকার এবং সহনশীলতা

একটি বাস্তব অপটিক্যাল সেটআপের জন্য সঠিক প্রিজম বেছে নেওয়ার জন্য পরিমাপযোগ্য পরামিতিতে প্রয়োগের প্রয়োজনগুলি অনুবাদ করা প্রয়োজন। নিম্নলিখিত তালিকাটি একটি সাধারণ অঙ্কন বা ডেটাশিটে উপস্থিত গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলিকে ক্যাপচার করে৷

• উপাদান : ট্রান্সমিশন উইন্ডোকে আপনার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে মিলিয়ে নিন। BK7 350 nm থেকে 2 μm পর্যন্ত কাজ করে; ইউভি ফিউজড সিলিকা 185 এনএম পর্যন্ত প্রসারিত হয়; ZnSe 0.6-16 μm ইনফ্রারেড সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত।
• পৃষ্ঠ সমতলতা : λ/4 633 nm ইমেজিংয়ের জন্য আদর্শ; তরঙ্গফ্রন্টের গুণমান রক্ষা করার জন্য ইন্টারফেরোমেট্রিক ব্যবহারের জন্য λ/10 বা আরও ভাল প্রয়োজন।
• সারফেস কোয়ালিটি (স্ক্র্যাচ-ডিগ) : 60-40 অনেক আলোকসজ্জা সিস্টেমের জন্য গ্রহণযোগ্য; 40-20 বা 20-10 লেজার পাথে ছড়িয়ে পড়া কমায়।
• আgle Tolerance : ±3 arcminutes একটি সাধারণ-উদ্দেশ্য মান; সুনির্দিষ্ট পেন্টা প্রিজমের সামঞ্জস্যপূর্ণ 90° বিচ্যুতির নিশ্চয়তা দিতে প্রায়ই ±30 আর্কসেকেন্ডের প্রয়োজন হয়।
• ক্লিয়ার অ্যাপারচার : প্রিজমের মুখের মাত্রার অন্তত 80% সাধারণত প্রান্তের ত্রুটি এবং মাউন্টিং-প্ররোচিত বিকৃতি এড়াতে নির্দিষ্ট করা হয়।
• আবরণ : ব্রডব্যান্ড অ্যান্টি-রিফ্লেকশন আবরণ যেমন MgF₂ ট্রান্সমিশন বাড়াতে পারে পৃষ্ঠ প্রতি 99% এর বেশি ; প্রতিফলিত মুখ দৃশ্যমানে >96% প্রতিফলিততার জন্য সুরক্ষিত রূপা ব্যবহার করতে পারে।

মাউন্ট এবং সারিবদ্ধকরণ সর্বোত্তম অভ্যাস

একটি প্রিজমের অপটিক্যাল কর্মক্ষমতা দ্রুত ক্ষয় হতে পারে যদি এটি চাপ বা ভুলভাবে সংযোজিত হয়। ব্যবহারিক হ্যান্ডলিং নির্দেশিকা অঙ্কনে নির্দিষ্ট করা মরীচির মান বজায় রাখতে সাহায্য করে।

1. কাইনেমেটিক বা আধা-কাইনেম্যাটিক মাউন্টগুলি ব্যবহার করুন যা মাটির কিনারাগুলির বিরুদ্ধে মৃদু বসন্ত চাপ প্রয়োগ করে, পালিশ করা মুখগুলিতে নয়। এটি স্ট্রেস বিয়ারফ্রিঞ্জেন্স প্রতিরোধ করে যা মেরুকরণকে বিকৃত করবে।
2. প্রিজমটিকে একটি অটোকলিমেটর বা শিয়ার-প্লেট ইন্টারফেরোমিটার দিয়ে সারিবদ্ধ করুন যাতে প্রস্থান মরীচি কোণটি সহনশীলতার মধ্যে নকশার মানটির সাথে মেলে।
3. লিন্ট-মুক্ত টিস্যু এবং রিএজেন্ট-গ্রেড আইসোপ্রোপ্যানল দিয়ে পৃষ্ঠগুলি পরিষ্কার করুন; শুষ্ক মোছা এড়িয়ে চলুন, যা স্ক্র্যাচ তৈরি করতে পারে যা আলো ছড়িয়ে দেয়।
4. ব্ল্যাক-অ্যানোডাইজড বাফেলস দিয়ে অনিচ্ছাকৃত TIR এবং ভূতের প্রতিফলন ব্লক করুন, বিশেষ করে মাল্টি-প্রিজম চেইনে।

যখন একটি সিস্টেমের জন্য একটি প্রিজম ঘোরানো প্রয়োজন, যেমনটি চিত্র ঘূর্ণনের জন্য একটি ডোভ প্রিজমের সাথে, মাউন্টটি অবশ্যই প্রিজমটিকে ঘূর্ণন অক্ষের উপর সুনির্দিষ্টভাবে কেন্দ্রীভূত করতে হবে। জোড়ের একটি রেডিয়াল রানআউট 0.1 মিমি বিম ওয়াক-অফের কারণ হতে পারে যা ডিটেক্টরে ইমেজকে স্থানান্তরিত করে, পরিমাপের পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা হ্রাস করে।

সাধারণ সমস্যা সমাধান করা

এমনকি একটি সুনির্দিষ্ট প্রিজম অপ্রত্যাশিত শিল্পকর্ম তৈরি করতে পারে। আবরণহীন পৃষ্ঠ থেকে ভূতের প্রতিফলন প্রায়ই ক্ষীণ স্থানচ্যুত দাগ হিসাবে দেখা দেয়; একটি ভাল AR আবরণ প্রয়োগ করা তাদের তীব্রতা দুটি মাত্রার দ্বারা হ্রাস করে। একটি স্পষ্ট মরীচি বিচ্যুতি যা প্রিজমের কোণ সহনশীলতাকে অতিক্রম করে তা প্রায়শই প্রিজমের পরিবর্তে একটি ওয়েজড মাউন্টিং অ্যাডাপ্টার থেকে আসে - একটি ডায়াল সূচক দিয়ে মাউন্টটি পরীক্ষা করা সাধারণত উত্স সনাক্ত করে। উচ্চ-শক্তির লেজার সিস্টেমে, বাল্ক শোষণ একটি তাপীয় লেন্স তৈরি করতে পারে: একটি ফিউজড সিলিকা প্রিজম BK7 এর চেয়ে অনেক কম তাপীয় প্রবাহ দেখায়, যেখানে প্রতিসরণ সূচকের তাপ সহগ দশ গুণ ছোট , বিভিন্ন লোড অধীনে মরীচি নির্দেশক স্থায়িত্ব সংরক্ষণ.

সঠিক প্রিজম নির্বাচন করা তার জ্যামিতি এবং উপাদান বোঝার উপর নির্ভর করে। সাবধানে স্পেসিফিকেশন এবং মাউন্ট করার সাথে, প্রিজমগুলি হ্যান্ডহেল্ড স্পেকট্রোস্কোপ থেকে স্যাটেলাইট লেজার রেঞ্জিং স্টেশন পর্যন্ত যন্ত্রগুলিতে নির্ভরযোগ্য, প্রান্তিককরণ-মুক্ত বিম ম্যানিপুলেশন সরবরাহ করে৷