منشور پرو (Porro Prism)

منشور پرو (Porro Prism)

منشور پرو نوعی منشور بازتابی است که در ادوات اپتیکی جهت تغییر جهت گیری تصویر بکار برده می شود.  این منشور مشابه یک منشور راست گوشه است. در عمل، نور از وجه بزرگ منشور (وتر) وارد شده و دو مرتبه دچار بازتاب کلی داخلی می شود و نهایتا از همان وجه خارج می گردد. به دلیل اینکه ورود و خروج نور در این منشور به صورت عمود بر سطح وتر اتفاق می افتد، این منشور پاشنده نمی باشد. تصویر ایجاد شده توسط این منشور نسبت به تصویر مرجع دارای 180 درجه چرخش خواهد بود. از این منشور معمولا در ساختاری دوتایی (Double Porro Prism) استفاده می شود. در این ساختار، منشور دوم با زاویه 90 درجه نسبت به منشور اول قرار می گیرد به گونه ای که نور خروجی از منشور اول به منشور دوم وارد شود. نتیجه پرتویی خواهد بود که به موازات پرتو ورودی از منشورها خارج شده و دارای 180 درجه چرخش است. از این ساختار معمولا در تلسکوپ ها و دوربین های دو چشمی استفاده می شود.

جبران کننده سولی-بابینت (Soleil-Babinet Compensator)

جبران کننده ی سولی-بابینت یک تاخیرانداز مرتبه صفر با تغییر پیوسته است که در محدوده ی طول موجی وسیعی عمل می کند. این جبران کننده شامل یک گوه ی دوشکستی قابل حرکت و یک گوه ی دو شکستی ثابت شده بر روی صفحه ی جبران کننده است. عمل ایجاد تاخیر فازی توسط حرکت دادن گوه ی متحرک بالایی (توسط یک میکرومتر) بر روی گوه ی ثابت پایینی تنظیم می شود. در این جبران کننده محور اپتیکی دو گوه ی دو شکستی همراستا می باشد. به این شکل، با حرکت گوه ی متحرک، یک تیغه موجی با ضخامت متغیر ایجاد می شود. همچنین محور اپتیکی صفحه ی جبران کننده (صفحه زیرین در شکل) عمود بر محور اپتیکی گوه ها قرار دارد. این جبران کننده می تواند نور با قطبش دایروی یا بیضوی را با دقت زیاد به نور با قطبش خطی تبدیل کند (یا برعکس).

جبران کننده سولی-بابینت (Soleil-Babinet Compensator)
جفت منشور آنامورفیک (Anamorphic Prism Pairs)

جفت منشورهای آنامورفیک (Anamorphic Prism Pairs)

یک جفت منشور آنامورفیک  شامل دو عدد منشور کوپل شده است که معمولا از آن برای تغییر شکل پروفایل پرتو لیزر استفاده می شود. جفت منشورهای آنامورفیک می توانند پرتو بیضوی لیزرهای دیودی را به پرتو دایروی (به وسیله بزرگنمایی پرتو بیضوی تنها در یک جهت) تبدیل کنند. این منشورها همچنین قادر به تبدیل یک پرتو با مقطع کروی به پرتوی با پروفایل عرضی بیضوی هستند.

 اساس شکل دهی به پروفایل لیزر در جفت منشور آنامورفیک بر مبنای اثرات کانونی شدن (یعنی تغییرات انحنای جبهه موج) نیست بلکه بر اساس تغییرات شعاع پرتو بر اثر شکست در سطوح  تخت منشورها است. چنین تغییری در سطوح تمام منشورها (به جز در حالت فرود قائم) رخ می دهد زیرا طبق قانون اسنل، زاویه پرتو نسبت به راستای عمود بر سطح در داخل و خارج محیط منشور متفاوت است.  اگرچه برای یک مسیر پرتو متقارن، که در آن زوایای پرتو نسبت به وجه های منشور در ورودی و خروجی برابر هستند، تغییرات در شعاع پرتو یکدیگر را خنثی می کند. بنابراین باید از پیکربندی نامتقارن استفاده کرد. به عنوان مثال داشتن زاویه بروستر در یک فصل مشترک و خروج عمودی (یا با زاویه ای کوچک) در فصل مشترکی دیگر (که نیازمند این است که زاویه بین سطوح دو منشور برابر با زاویه شکست باشد) آسان به نظر می رسد. بنابراین تنها فصل مشترک آخری نیازمند پوشش ضد بازتاب است و اتلاف در فصل مشترک بروستر برای قطبش p کمینه است. در پیکربندی توصیف شده، بزرگنمایی (نسبت شعاع پرتو خروجی به شعاع پرتو ورودی) یک منشور منفرد برابر با ضریب شکست ماده منشور یا معکوس آن (با توجه به جهت گیری آن) است. اگر یک منشور با ضریب شکست مناسب برای یک بزرگنمایی یافت نشد، می توان منشور را برای زوایای ورود و خروج متفاوت سامان داد.

یک منشور منفرد برای تغییر شعاع پرتو در یک جهت کافی است اما این ساختار جهت پرتو را نیز عوض می­کند. با استفاده از یک جفت منشور آنامورفیک می­توان پرتو خروجی را در همان جهت پرتو فرودی و تنها با تغییر اندکی در مکان جانبی پرتو بدست آورد. دو منشور به گونه ای جهت گیری می کنند که تغییر شعاع پرتو ایجاد شده توسط آن ها در یک جهت باشد. بنابراین بزرگنمایی کلی برابر مربع ضریب شکست یا معکوس آن است. 

منشور فرنل روم (Fresnel-Rhomb Prism)

منشورهای فرنل روم عملکردی مشابه تیغه های موجی دارند، با این تفاوت که این منشورها می توانند در یک بازه ی وسیع طول موجی مورد استفاده قرار گیرند. عملکرد این منشور ارتباطی به خاصیت دو شکستی ماده ندارد. این عملکرد ناشی از ایجاد اختلاف فاز بین نور با قطبش های s و p در هنگام بازتاب کلی داخلی است. یک منشور منفرد فرنل روم به گونه ای ساخته شده است که نور در هر بار بازتاب داخلی دچار 45 درجه اختلاف فاز شود و در نتیجه تاخیر λ/4 در دو بار بازتاب داخلی آن پدید آید. بنابراین توسط یک منشور فرنل روم منفرد می توانید نور با قطبش خطی را به نور با قطبش دایروی، و همچنین نور با قطبش دایروی را به نور با قطبش خطی تبدیل کنید. از دو منشور فرنل روم کوپل شده می توان به عنوان یک تاخیرگر λ/2 استفاده کرد و نور با قطبش s را توسط آن به نور با قطبش p (و برعکس) تبدیل کرد.

منشور فرنل روم (Fresnel-Rhomb Prism)
مولد لیزر خطی (Laser Line Generator)

مولد لیزر خطی (Laser Line Generator)

مولد لیزر خطی که به عنوان "لنز پاول" نیز شناخته می شود، با کشیدن یک نور موازی شده، می تواند یک باریکه مستقیم و یکنواخت ایجاد کند. نوک هر لنز دارای انحنای آسفریک است که توان اپتیکی را به صورت مساوی تقسیم می کند و در نتیجه شدت نقاط مرکزی خط لیزری ایجاد شده تنها حدود 30 درصد با هم اختلاف دارند. این بر خلاف عملکرد لنزهای استوانه ای متداول است که می توانند باریکه ای خطی با توزیع شدت گوسی ایجاد کنند. تفاوت خط لیزری ایجاد شده توسط این لنزها در شکل زیر به نمایش درآمده است. 

تفاوت خط لیزری ایجاد شده توسط لنز پاول و لنز استوانه ای
تفاوت خط لیزری ایجاد شده توسط لنز پاول و لنز استوانه ای

منشور نیکول (Nicon Prism)

قطبش می تواند توسط مواد کریستالی ای که دارای ضریب شکست های متفاوتی در صفحات کریستالی متفاوت هستند ایجاد شود. چنین موادی دو شکستی نامیده می شوند. منشور نیکول از دو منشور از جنس کلسیت ساخته شده که توسط چسبی ساخته شده از درخت گل حنای کانادایی به هم چسبیده اند. پرتو عادی (ordinary) در مرز بین دو منشور دچار بازتاب کلی داخلی می شود و تنها پرتو غیر عادی (extraordinary) از هر دو منشور عبور می کند.

منشور نیکول (Nicon Prism)
منشور پلین - باروکا Pellin-broca-prism

منشور پلین - باروکا (Pellin-Broca Prism)

منشور پلین باروکا (Pellin-Baroca) یکی از انواع منشورهای انحراف ثابت پاشنده مانند منشور آبه (Abbe) است. این منشور شامل یک بلوک چهار وجهی از شیشه است که زوایایی به اندازه ی 90، 75، 135 و 60 درجه ایجاد کرده اند. نور وارد شده از وجه AB، در وجه BC دچار بازتاب کلی داخلی می شود و از وجه AD خارج می گردد. شکست نور هنگامی که به منشور وارد و از آن خارج می شود به گونه ای است که تنها یک طول موج خاص از نور با زاویه 90 درجه منحرف می شود. با چرخش منشور حول محور O، محل تقاطع نیمساز <BAD و وجه بازتابنده BC، طول موج منتخب برای انحراف 90 درجه ای بدون تغییر هندسه یا مکان نسبی پرتوهای ورودی و خروجی، تغییر می کند.

از این منشور معمولا برای جدا کردن یک طول موج دلخواه از یک پرتو نور دارای طول موج های مختلف استفاده می شود. به همین دلیل از این المان اپتیکی معمولا در اسپکتروسکوپی اتمی اپتیکی استفاده می شود.

عدسی آکسیکون (Axicon Lenses)

 عدسی های آکسیکون یا منشورهای متقارن مدور، عدسی هایی با یک سطح مخروطی و یک سطح تخت هستند. آن ها معمولا برای ایجاد پرتوی با پروفایل شدت بسلی یا یک پرتو مخروطی غیرواگرا مورد استفاده قرار می گیرند. برای تبدیل یک پرتو موازی شده به یک حلقه، وجه تخت عدسی باید به سمت منبع نور موازی شده باشد.

یک پرتو با پروفایل شدت بسل پرتوی غیر پراکنده از حلقه هایی هم مرکز است که هریک از حلقه ها دارای توانی برابر با حلقه مرکزی است. در عمل یک پرتو بسل را نمی توان ایجاد کرد چون نیازمند انرژی نامتناهی است. بنابراین برای انجام این عمل باید پرتو موازی شده نزدیک سطح مخروطی یک آکسیکون باشد. از عدسی های آکسیکون در جراحی قرنیه، پرتونگاری متقاطع همدوس اپتیکی و گیر اندازی اتمی استفاده می شود.

عدسی آکسیکون (Axicon Lenses)
منشور گوه (Wedge Prism):

منشور گوه (Wedge Prism):

منشور گوه منشوری است که بین سطوح ورودی و خروجی آن زاویه اندکی وجود دارد (شکل 1). این زاویه معمولا 3 درجه یا کمتر است. شکست نور در سطوح این منشور موجب انحراف پرتو با زاویه ای ثابت می شود.
هدایت پرتو توسط منشورهای گوه:
با چرخاندن یک منشور گوه، نور شکلی مخروطی با زاویه ی راسی دو برابر زاویه انحراف را جاروب می کند (شکل2). وقتی دو منشور گوه قابل چرخش به صورت متوالی قرار گیرند، پرتو می تواند هر نقطه ای در داخل دایره قاعده مخروط با زاویه ی راسی چهار برابر زاویه انحراف را جاروب نماید (شکل 3).

 

واقطبشگر کورنو (Corno Depolarizer)

واقطبشگر المانی اپتیکی است که قطبش پرتو ورودی به آن را (صرف نظر از نوع قطبش) به قطبشی کاتوره ای تبدیل می کند. واقطبشگر کورنو یکی از اولین طراحی های واقطبشگر بود که به نام مخترع آن یعنی "ماری آلفرد کورنو" نامگذاری شد. این واقطبشگر از دو منشور با زاویه 45 درجه از جنس کریستال کوارتز ساخته شده که یک مکعب را تشکیل می دهند. محورهای سریع این منشورها در زاویه 90 درجه ای یکدیگر قرار گرفته اند و نسبت به وجه منشورها زاویه 45 درجه دارند. هر پرتوی که به داخل منشور وارد می شود به طور مؤثری از دو تیغه موجی عبور می کند. ضخامت این تیغه های موجی و تاخیر آن ها در طول پرتو تغییر می کند. جابجایی فازی به وسیله رابطه زیر بیان می شود.

817664a0d7a36135d9ce5d3fc9e63f87

برای یک پرتو ورودی با قطبش یکنواخت، قطبش خروجی در راستای y تناوبی خواهد بود. همچنین جابجایی فازی به دلیل پاشندگی به طول موج نیز وابسته است.

 

واقطبشگر کورنو (Corno Depolarizer)
گریزم (Grism)

گریزم (Grism):

المان اپتیکی "گریزم" ترکیبی از یک منشور (Prism) و یک توری (Grating) است. به وسیله گریزم می توان یک طول موج مرکزی را به گونه ای انتخاب کرد که در هنگام عبور از این المان دچار انحراف نشود. مزیت گریزم در این است که از یک دوربین و بدون جابجا کردن آن می توان هم برای تصویربرداری (بدون گریزم) و هم برای اسپکتروسکوپی (با گریزم) استفاده کرد. این المان در مسیر یک نور موازی شده قرار داده می شود و طیف پاشیده شده ناشی از آن در میدان دید دوربین و به مرکزیت مکان جسم تشکیل می شود.

آینه های داغ (Hot Mirrors):

آینه ی داغ آینه ی دی الکتریک خاصی است که با بازتاب نور فروسرخ به داخل منبع نور و اجازه ی عبور دادن به نور مرئی، از سیستم های اپتیکی حفاظت می کند. آینه های داغ می توانند به گونه ای طراحی شوند که در داخل سیستم اپتیکی و با زاویه ای خاص بین صفر و 45 درجه نسبت به پرتو فرودی قرار گیرند. این آینه ها برای کاربردهایی که در آن ها گرمای درونی می تواند باعث آسیب به المان ها گردد ماسب هستند. طول موج های بازتاب شده توسط یک آینه داغ محدوده ای از 750 تا 1250 نانومتر را در بر می گیرد.
به دلیل عبور نورهای با طول موج مرئی و بازتاب همزمان نورهای با طول موج فروسرخ، این آینه ها می توانند به عنوان باریکه شکن های دو رنگی برای کاربردهایی مانند میکروسکوپی فلوئورسانس مورد استفاده قرار گیرند.

آینه های داغ (Hot Mirrors):
منشور نومارسکی (Nomarski Prism)

منشور نومارسکی (Nomarski Prism)

منشور نومارسکی نسخه ی اصلاح شده ی منشور ولاستون است و در میکروسکوپ کنتراست تداخلی افتراقی مورد استفاده قرار می گیرد. همانند منشور ولاستون، منشور نومارسکی نیز از دو منشور کریستالی دوشکستی (کوارتز یا کلسیت) تشکیل شده است که از سمت وتر به هم چسبانده شده اند. یکی از منشورها مشابه منشور متداول مورد استفاده در منشور ولاستون است و محور اپتیکی آن به موازات سطح منشور جهت گیری نموده است. منشور دوم به گونه ای برش خورده است که محور اپتیکی آن در مقایسه با سطح صاف منشور کج باشد. اصلاح نومارسکی باعث می شود که پرتو نور در خارج از بدنه ی منشور در یک نقطه کانونی شود. این امر باعث آزادی عمل در زمان تنظیم میکروسکوپ می گردد.

منشور آمیسی (Amici):

این منشور به اسم ستاره شناس ایتالیایی، گیووانی آمیسی نامگذاری شده است.

منشور آمیسی از اتصال دو منشور 3 گوشه ساخته شده که منشور اول از ماده ای با پاشندگی متوسط مانند شیشه کراون، و منشور دوم از ماده ای با پاشندگی بالاتر مثل شیشه فلینت ساخته می شود.

نور وارد شده به منشور اول در فصل مشترک شیشه و هوا و پس از آن در فصل مشترک دو شیشه دچار شکست می شود. این پرتو نهایتا با زاویه ای نزدیک به قائم از منشور دوم خارج می شود. زوایای منشورها و ماده آن ها به گونه ای انتخاب می شود که یک طول موج (طول موج مرکزی) منشور را به موازات پرتو ورودی (اما با جابجایی نسبت به آن) ترک کند. بنابراین منشور آمیسی تصویری مستقیم را ایجاد خواهد کرد. این منشور معمولا در اسپکتروسکوپ های دستی مورد استفاده قرار می گیرد. طول موج هایی غیر از طول موج مرکزی، در زوایایی متناسب با پاشندگی ماده منشور دچار شکست می شوند.

در سال 1960 آمیسی متوجه شد که با اتصال دو عدد از منشورهای آمیسی به صورت پشت به پشت می توان پرتو خروجی را به محور پرتو ورودی بازگرداند و همچنین زاویه پاشندگی را افزایش داد.

 

منشور آمیسی (Amici)
باریکه شکن های طرح نقطه ای (Polka Dot)

باریکه شکن های طرح نقطه ای (Polka Dot)

باریکه شکن های طرح نقطه ای از آرایه ای از نقاط لایه نشانی شده بر روی سطحی شفاف ایجاد می شوند. این نقاط با لایه نشانی فلز بازتابنده ای مانند آلومینیوم و ایجاد لایه ای محافظ بر روی آن با لایه نشانی SiO2 شکل می گیرند. ویژگی اصلی این باریکه شکن ها عدم وابستگی درصد عبور و بازتاب نور از آن ها به زاویه برخورد نور است.در هر سطح دلخواه از باریکه شکن 50/50، مساحت نواحی لایه نشانی شده با مساحت نواحی لایه نشانی نشده برابر است. همچنین با تنظیم نسبت مساحت این نواحی می توان نسبت درصد نور عبوری به درصد نور بازتابی را مشخص کرد.