অপটিক্যাল প্রিজম কি? প্রকার, ফাংশন এবং অ্যাপ্লিকেশন

অপটিক্যাল প্রিজম বোঝা

আ অপটিক্যাল প্রিজম ফ্ল্যাট, পালিশ করা পৃষ্ঠের সাথে একটি স্বচ্ছ অপটিক্যাল উপাদান যা আলো প্রতিসরণ করে। একটি প্রিজমের পিছনে মৌলিক নীতি হল যে এটি তার জ্যামিতি এবং এর উপাদানের প্রতিসরণকারী বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে আলোকে বাঁকতে, প্রতিফলিত করতে বা বিভক্ত করতে পারে। . বাঁকা পৃষ্ঠতলগুলি ব্যবহার করে এমন লেন্সগুলির বিপরীতে, প্রিজমগুলি আলোর পথগুলি পরিচালনা করতে নির্দিষ্ট কোণে অবস্থিত প্ল্যানার পৃষ্ঠগুলি ব্যবহার করে।

বেশিরভাগ অপটিক্যাল প্রিজমগুলি সুনির্দিষ্ট প্রতিসরণ সূচক সহ কাচ বা স্বচ্ছ প্লাস্টিক থেকে তৈরি করা হয়। সবচেয়ে স্বীকৃত রূপ হল ত্রিভুজাকার প্রিজম, যা সাদা আলোকে তার উপাদান বর্ণালী রঙে বিচ্ছুরিত করে—একটি ঘটনা যা আইজ্যাক নিউটন 1666 সালে প্রথম পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়ন করেছিলেন। যাইহোক, প্রিজম রংধনু তৈরির চেয়ে অনেক বেশি উদ্দেশ্য সাধন করে; সাধারণ পেরিস্কোপ থেকে শুরু করে উন্নত স্পেকট্রোমিটার পর্যন্ত অসংখ্য অপটিক্যাল সিস্টেমে এগুলি অপরিহার্য উপাদান।

প্রধান বৈশিষ্ট্য যা অন্যান্য অপটিক্যাল উপাদান থেকে প্রিজমকে আলাদা করে তা হল আলোর দিকটি অগত্যা ফোকাস না করেই তার দিক পরিবর্তন করার ক্ষমতা। , বীম স্টিয়ারিং, ইমেজ ওরিয়েন্টেশন সংশোধন, এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিচ্ছেদ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য তাদের অমূল্য করে তোলে।

অপটিক্যাল প্রিজম কিভাবে কাজ করে

অপটিক্যাল প্রিজমের ক্রিয়াকলাপ দুটি মৌলিক অপটিক্যাল নীতি দ্বারা পরিচালিত হয়: প্রতিসরণ এবং সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন।

প্রিজমে প্রতিসরণ

আলো যখন একটি কোণে প্রিজমে প্রবেশ করে, তখন এটি স্নেলের সূত্র অনুসারে বেঁকে যায়। নমনের মাত্রা আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং প্রিজম উপাদানের প্রতিসরণ সূচকের উপর নির্ভর করে . স্ট্যান্ডার্ড অপটিক্যাল গ্লাসের (ক্রাউন গ্লাস) জন্য প্রতিসরাঙ্ক সূচক আনুমানিক 1.52, অর্থাৎ আলো বাতাসের তুলনায় গ্লাসে 1.52 গুণ ধীর গতিতে ভ্রমণ করে।

এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্ভর প্রতিসরণ ব্যাখ্যা করে কেন প্রিজম সাদা আলোকে রঙে আলাদা করতে পারে—নীল আলো লাল আলোর চেয়ে বেশি তীক্ষ্ণভাবে বাঁকে কারণ এর তরঙ্গদৈর্ঘ্য কম। একটি সাধারণ বিচ্ছুরণমূলক প্রিজমে একটি সঙ্গে 60-ডিগ্রী সর্বোচ্চ কোণ , লাল এবং বেগুনি আলোর মধ্যে কৌণিক বিচ্ছেদ প্রায় 3 ডিগ্রী .

মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন

অনেক প্রিজম প্রতিসরণের পরিবর্তে সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলনকে কাজে লাগায়। যখন আলো একটি ঘন মাঝারি (কাঁচের মতো) মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে একটি কম ঘন মাধ্যম (বাতাসের মতো) সীমারেখায় আঘাত করে সমালোচনা কোণের চেয়ে বড় কোণে, 100% আলো ঘনীভূত মাধ্যমে প্রতিফলিত হয় . মুকুট কাচের জন্য, এই সমালোচনামূলক কোণটি প্রায় 41.8 ডিগ্রী .

এই ঘটনাটি প্রিজমগুলিকে ধাতব আবরণ ছাড়াই অত্যন্ত দক্ষ আয়না হিসাবে কাজ করতে সক্ষম করে, অনেক অ্যাপ্লিকেশনে এগুলিকে প্রচলিত আয়নার থেকে উচ্চতর করে তোলে কারণ শোষণ থেকে শূন্য আলোর ক্ষতি হয়।

অপটিক্যাল প্রিজমের সাধারণ প্রকার

অপটিক্যাল প্রিজম তাদের জ্যামিতি এবং প্রাথমিক ফাংশনের উপর ভিত্তি করে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। প্রতিটি প্রকার অপটিক্যাল সিস্টেমে নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশন পরিবেশন করে।

বিচ্ছুরিত প্রিজম

ক্লাসিক ত্রিভুজাকার প্রিজম প্রাথমিকভাবে আলো বিচ্ছুরণ করে। এই প্রিজমগুলি তাদের শীর্ষ কোণ দ্বারা চিহ্নিত করা হয় (সাধারণত এর মধ্যে 30 এবং 60 ডিগ্রী ) এবং স্পেকট্রোস্কোপিক বিশ্লেষণের জন্য মৌলিক। আধুনিক স্পেকট্রোমিটার প্রিজম বিচ্ছুরণ ব্যবহার করে তাদের বর্ণালী স্বাক্ষর দ্বারা উপাদান সনাক্ত করতে পারে তরঙ্গদৈর্ঘ্য রেজোলিউশন 0.1 ন্যানোমিটারে নেমে আসে .

প্রতিফলিত প্রিজম

প্রতিফলিত প্রিজম উল্লেখযোগ্য বিচ্ছুরণ ছাড়াই আলোকে পুনঃনির্দেশ করে। পোরো প্রিজম সিস্টেম, 1854 সালে ইগনাজিও পোরো দ্বারা উদ্ভাবিত, অনেক দূরবীণে মান হিসাবে রয়ে গেছে। একজোড়া পোরো প্রিজম একটি উল্টানো চিত্র তৈরি করতে পারে এবং অপটিক্যাল পথের দৈর্ঘ্য বাড়াতে পারে , কার্যকরী বিবর্ধন সহ কম্প্যাক্ট যন্ত্র ডিজাইনের অনুমতি দেয়।

পোলারাইজিং প্রিজম

নিকোল প্রিজম বা গ্লান-থম্পসন প্রিজমের মতো বিশেষায়িত প্রিজমগুলি অর্থোগোনাল মেরুকরণ অবস্থায় আলোকে আলাদা করে। এই ডিভাইসগুলি অর্জন করে বিলুপ্তির অনুপাত 100,000:1 ছাড়িয়ে গেছে , পোলারিমেট্রি এবং অপটিক্যাল গবেষণা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য তাদের অপরিহার্য করে তোলে।

অপটিক্যাল প্রিজমের রিয়েল-ওয়ার্ল্ড অ্যাপ্লিকেশন

অপটিক্যাল প্রিজম আধুনিক প্রযুক্তিতে সর্বব্যাপী, প্রায়শই আমরা প্রতিদিন ব্যবহার করি এমন ডিভাইসগুলির মধ্যে অদৃশ্যভাবে কাজ করে।

ফটোগ্রাফি এবং ইমেজিং

সিঙ্গেল-লেন্স রিফ্লেক্স (SLR) ক্যামেরা ভিউফাইন্ডারের মাধ্যমে ফটোগ্রাফারদের একটি সোজা, সঠিকভাবে ভিত্তিক দৃশ্য প্রদান করতে পেন্টাপ্রিজমের উপর নির্ভর করে। একটি পেন্টাপ্রিজম অভ্যন্তরীণভাবে পাঁচবার আলো প্রতিফলিত করে , অতিরিক্ত অপটিক্যাল উপাদানের প্রয়োজন ছাড়াই ক্যামেরা লেন্স দ্বারা উত্পাদিত উল্টানো এবং বিপরীত চিত্র সংশোধন করা।

ডিজিটাল প্রজেক্টর আলাদা লাল, সবুজ এবং নীল এলসিডি প্যানেল বা ডিএলপি চিপ থেকে ছবি একত্রিত করতে প্রিজম অ্যাসেম্বলি ব্যবহার করে। ডাইক্রোয়িক প্রিজম সিস্টেম ক থ্রি-চিপ প্রজেক্টর পেশাদার মানের 2% এর মধ্যে রঙের নির্ভুলতা অর্জন করতে পারে .

বৈজ্ঞানিক যন্ত্র

স্পেকট্রোমিটার পদার্থের গঠন বিশ্লেষণ করতে প্রিজম ব্যবহার করে। উদাহরণস্বরূপ, দূরবর্তী নক্ষত্রের রাসায়নিক গঠন নির্ধারণের জন্য জ্যোতির্বিদ্যাগত বর্ণালীগ্রাফগুলি প্রিজম বিচ্ছুরণ নিযুক্ত করে। হাবল স্পেস টেলিস্কোপের স্পেকট্রোস্কোপিক যন্ত্রগুলি রাসায়নিক প্রাচুর্য সনাক্ত করতে পারে নির্ভুলতা 5% এর চেয়ে ভাল নাক্ষত্রিক বায়ুমণ্ডলে।

রসায়ন গবেষণাগারে, অ্যাবে রিফ্র্যাক্টোমিটার তরল পদার্থের প্রতিসরণ সূচক পরিমাপ করতে প্রিজম ব্যবহার করে চার দশমিক স্থানে নির্ভুলতা , পদার্থের সুনির্দিষ্ট সনাক্তকরণ এবং ঘনত্ব পরিমাপ সক্ষম করে।

টেলিযোগাযোগ এবং লেজার প্রযুক্তি

ফাইবার অপটিক সিস্টেমগুলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভাজন মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের জন্য প্রিজম ব্যবহার করে, যেখানে বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একাধিক ডেটা স্ট্রিম একটি একক ফাইবারের মাধ্যমে ভ্রমণ করে। আধুনিক DWDM সিস্টেম 80 টির বেশি আলাদা চ্যানেল মাল্টিপ্লেক্স করতে পারে , প্রতিটি 100 Gbps বহন করে, প্রিজম-ভিত্তিক তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিচ্ছেদ ব্যবহার করে।

লেজার রশ্মি স্টিয়ারিং সিস্টেমগুলি লেজারের উৎসকে না সরিয়েই বীমের দিককে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে ঘূর্ণায়মান প্রিজম বা প্রিজম জোড়া নিয়োগ করে, অর্জন করে মাইক্রোরেডিয়ানের মধ্যে অবস্থান নির্ভুলতা .

কনজিউমার অপটিক্স

বাইনোকুলারগুলি পোরো বা ছাদের প্রিজমগুলিকে একটি কম্প্যাক্ট, এরগনোমিক ডিজাইন তৈরি করতে এবং বিবর্ধিত, সঠিকভাবে ভিত্তিক চিত্রগুলি প্রদান করে। 90%-এর বেশি আলো সংক্রমণ অর্জনের জন্য উচ্চ-মানের দূরবীনগুলি ছাদের প্রিজমে ফেজ-সংশোধন আবরণ ব্যবহার করে , সরাসরি দেখার উজ্জ্বলতা প্রতিদ্বন্দ্বী.

উপকরণ এবং উত্পাদন

একটি অপটিক্যাল প্রিজমের কার্যকারিতা সমালোচনামূলকভাবে এর উপাদান বৈশিষ্ট্য এবং উত্পাদন নির্ভুলতার উপর নির্ভর করে।

সাধারণ প্রিজম উপকরণ

• BK7 গ্লাস: 380-2100 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য সাধারণ-উদ্দেশ্য প্রিজমে ব্যবহৃত প্রতিসরাঙ্ক সূচক 1.517 সহ সবচেয়ে সাধারণ অপটিক্যাল গ্লাস
• ফিউজড সিলিকা: অতিবেগুনী পরিসীমা এবং নিম্ন তাপীয় সম্প্রসারণে ব্যতিক্রমী সংক্রমণ অফার করে, উচ্চ-শক্তি লেজার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ
• SF11 গ্লাস: উচ্চ প্রতিসরণ সূচক (1.785) বৃহত্তর বিচ্ছুরণ প্রদান করে, কমপ্যাক্ট স্পেকট্রোস্কোপিক সিস্টেমের জন্য আদর্শ
• ক্যালসিয়াম ফ্লোরাইড: 180 এনএম থেকে 8000 এনএম পর্যন্ত ট্রান্সমিশন সহ বিশেষায়িত স্পেকট্রোস্কোপির জন্য প্রয়োজনীয় ইনফ্রারেড এবং অতিবেগুনী তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রেরণ করে

উত্পাদন নির্ভুলতা

যথার্থ প্রিজমের জন্য অসাধারণ উত্পাদন সহনশীলতা প্রয়োজন। পৃষ্ঠের সমতলতা অবশ্যই λ/4 (আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এক চতুর্থাংশ) এর চেয়ে ভাল হতে হবে , যা দৃশ্যমান আলোর জন্য 150 ন্যানোমিটারের কম বিচ্যুতিতে অনুবাদ করে। কোণ নির্ভুলতা প্রয়োজনীয়তা সমানভাবে কঠোর, প্রায়ই ভিতরে নির্দিষ্ট করা হয় চাপ সেকেন্ড (একটি ডিগ্রির 1/3600) .

অপটিক্যাল আবরণ উল্লেখযোগ্যভাবে প্রিজমের কর্মক্ষমতা বাড়ায়। অ্যান্টি-প্রতিফলন আবরণ পৃষ্ঠের প্রতিফলন ক্ষতি 4% থেকে কমাতে পারে পৃষ্ঠ প্রতি 0.25% এর কম . প্রতিফলন পৃষ্ঠে ধাতব বা অস্তরক আবরণ দক্ষতা উন্নত করে এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্বাচিত প্রতিফলন সক্ষম করে।

সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা

বিকল্প অপটিক্যাল উপাদানগুলির বিপরীতে প্রিজম কখন ব্যবহার করতে হবে তা বোঝার জন্য তাদের শক্তি এবং দুর্বলতাগুলি জানা প্রয়োজন।

মূল সুবিধা

• কোন শোষণ ক্ষতি নেই: মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন প্রিজমগুলি কার্যত 100% প্রতিফলন দক্ষতা অর্জন করে, ধাতব আয়নার থেকে উচ্চতর যা সাধারণত 90-95% প্রতিফলিত হয়
• তরঙ্গদৈর্ঘ্য পৃথকীকরণ: প্রিজমগুলি অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বিচ্ছুরণ প্রদান করে, ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিংগুলির বিপরীতে যা একাধিক অর্ডার তৈরি করে
• স্থায়িত্ব: অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন পৃষ্ঠগুলি পরিবেশগত দূষণ এবং যান্ত্রিক ক্ষতি থেকে সুরক্ষিত
• মেরুকরণ নিয়ন্ত্রণ: কিছু প্রিজমের ধরন ব্যতিক্রমী বিশুদ্ধতার সাথে মেরুকরণ অবস্থাকে আলাদা বা বিশ্লেষণ করতে পারে

ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা

• আকার এবং ওজন: গ্লাস প্রিজমগুলি সমতুল্য আয়না সিস্টেমের তুলনায় যথেষ্ট ভারী, ওজন-সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাদের ব্যবহার সীমিত করে
• খরচ: উচ্চ-মানের আবরণ সহ নির্ভুল প্রিজমের দাম সাধারণ আয়নার চেয়ে 10-50 গুণ বেশি হতে পারে
• রঙিন প্রভাব: বিচ্ছুরিত প্রিজমগুলি পৃথক তরঙ্গদৈর্ঘ্য, যা ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অবাঞ্ছিত যা অ্যাক্রোম্যাটিক কর্মক্ষমতা প্রয়োজন
• তাপমাত্রা সংবেদনশীলতা: তাপমাত্রার সাথে প্রতিসরাঙ্ক সূচকের পরিবর্তন চরম পরিবেশে প্রিজমের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করতে পারে, সাধারণত প্রতি মিলিয়ন প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1-5 অংশের বৈচিত্র্যের সাথে

ডান প্রিজম নির্বাচন করা

একটি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি উপযুক্ত প্রিজম বেছে নেওয়ার সাথে একাধিক কারণকে পদ্ধতিগতভাবে বিবেচনা করা জড়িত।

সমালোচনামূলক নির্বাচনের মানদণ্ড

1. তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা: অপারেটিং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে প্রিজম উপাদানের মিল করুন; ইউভি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ফিউজড সিলিকা প্রয়োজন, যখন আইআর-এর জন্য জিঙ্ক সেলেনাইডের মতো বিশেষ উপকরণের প্রয়োজন হতে পারে
2. মরীচি বিচ্যুতি প্রয়োজনীয়তা: প্রয়োজনীয় বিচ্যুতি কোণ (45°, 90°, 180°) নির্ধারণ করুন এবং চিত্রের অভিযোজন অবশ্যই সংরক্ষণ করা উচিত কিনা
3. বিচ্ছুরণের প্রয়োজন: তরঙ্গদৈর্ঘ্য পৃথকীকরণ পছন্দসই বা প্রয়োগের জন্য সমস্যাযুক্ত কিনা তা নির্ধারণ করুন
4. আকারের সীমাবদ্ধতা: শারীরিক স্থান সীমাবদ্ধতা এবং ওজন সীমাবদ্ধতা বিবেচনা করুন
5. পাওয়ার হ্যান্ডলিং: উচ্চ-পাওয়ার লেজার অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সাধারণত উচ্চ ক্ষতির থ্রেশহোল্ড সহ উপকরণগুলির প্রয়োজন হয় 10 J/cm² এর বেশি ফিউজড সিলিকার জন্য

আবরণ বিবেচনা

অপটিক্যাল আবরণ পছন্দ নাটকীয়ভাবে প্রিজম কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে। স্ট্যান্ডার্ড বিরোধী প্রতিফলন আবরণ প্রদান প্রতি পৃষ্ঠায় 0.5% এর নিচে প্রতিফলন দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্য জুড়ে, যখন ব্রডব্যান্ড আবরণ এই কর্মক্ষমতা 400-700 nm থেকে প্রসারিত করে। সমালোচনামূলক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, কাস্টম মাল্টি-লেয়ার আবরণ অর্জন করতে পারে 0.1% এর নিচে প্রতিফলনশীলতা নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে।

প্রতিফলন পৃষ্ঠে ধাতব আবরণ (অ্যালুমিনিয়াম বা সিলভার) সমালোচনামূলক কোণের বাইরে ব্যবহার করতে সক্ষম করে, যদিও 3-10% প্রতিফলন ক্ষতি . সুরক্ষিত রূপালী আবরণ পর্যাপ্ত দৃশ্যমান কর্মক্ষমতা বজায় রেখে ইনফ্রারেডে উচ্চতর প্রতিফলন প্রদান করে।

প্রিজম প্রযুক্তিতে ভবিষ্যতের উন্নয়ন

উপকরণ বিজ্ঞান এবং উত্পাদন অগ্রগতি প্রিজম ক্ষমতা এবং অ্যাপ্লিকেশন প্রসারিত করা হয়.

মেটামেটেরিয়াল প্রিজম

গবেষকরা মেটাম্যাটেরিয়াল ব্যবহার করে প্রিজম তৈরি করছেন - কৃত্রিমভাবে কাঠামোগত উপাদান যা অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য প্রকৃতিতে পাওয়া যায় না। এই মেটামেটারিয়াল প্রিজমগুলি অর্জন করতে পারে নেতিবাচক প্রতিসরণ বা অতি-বিচ্ছুরণ , অতি-কমপ্যাক্ট স্পেকট্রোস্কোপিক সিস্টেম এবং নভেল ইমেজিং ডিভাইস সক্ষম করে। প্রাথমিক প্রোটোটাইপগুলি প্রদর্শন করে বিচ্ছুরণ সহগ 10 গুণ বেশি প্রচলিত কাচের চেয়ে।

অভিযোজিত প্রিজম

তরল স্ফটিক এবং ইলেক্ট্রো-অপ্টিক উপাদানগুলি বৈদ্যুতিকভাবে সুরক্ষিত প্রিজমগুলিকে সক্ষম করে যা তাদের অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করতে পারে। এই ডিভাইসগুলি বিম স্টিয়ারিং এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচনের সাথে বিপ্লব ঘটাতে পারে 1 মিলিসেকেন্ডের নিচে সময় পরিবর্তন করা এবং কোন চলমান অংশ।

ক্ষুদ্রকরণ

অর্ধপরিবাহী উত্পাদন কৌশল ব্যবহার করে গড়া মাইক্রো-প্রিজম অ্যারেগুলি সমন্বিত ফোটোনিক ডিভাইসগুলিকে সক্ষম করছে। এই মাইক্রোস্কোপিক প্রিজমগুলি মাইক্রোমিটারে পরিমাপ করা মাত্রা সহ, অপটিক্যাল এমইএমএস ডিভাইস এবং স্মার্টফোন ক্যামেরার গুরুত্বপূর্ণ উপাদান, যেখানে প্রিজম অ্যারে অপটিক্যাল ইমেজ স্ট্যাবিলাইজেশন প্রদান করে জুড়ে 5 মিমি থেকে ছোট প্যাকেজে