Ein dreieckiges Prisma, das Licht verteilt; Wellen, die gezeigt werden, um die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts zu veranschaulichen. (Klicken Sie, um die Animation anzuzeigen)
Licht ändert die Geschwindigkeit, wenn es sich von einem Medium zum anderen bewegt (z. B. von Luft in das Glas des Prismas). Diese Geschwindigkeitsänderung bewirkt, dass das Licht gebrochen wird und in einem anderen Winkel in das neue Medium eintritt (Huygens-Prinzip)., Der Grad der Biegung des Lichtwegs hängt von dem Winkel ab, den der einfallende Lichtstrahl mit der Oberfläche erzeugt, und vom Verhältnis zwischen den Brechungsindizes der beiden Medien (Snell-Gesetz). Der Brechungsindex vieler Materialien (wie Glas) variiert mit der Wellenlänge oder Farbe des verwendeten Lichts, ein Phänomen, das als Dispersion bekannt ist. Dadurch wird Licht in verschiedenen Farben unterschiedlich gebrochen und das Prisma in verschiedenen Winkeln verlassen, wodurch ein regenbogenähnlicher Effekt entsteht. Dies kann verwendet werden, um einen weißen Lichtstrahl in sein konstituierendes Farbspektrum zu trennen., Eine ähnliche Trennung findet bei irisierenden Materialien wie einer Seifenblase statt. Prismen verteilen im Allgemeinen Licht über eine viel größere Frequenzbandbreite als Beugungsgitter, was sie für die Breitspektrum-Spektroskopie nützlich macht. Darüber hinaus leiden Prismen nicht unter Komplikationen, die durch überlappende spektrale Ordnungen entstehen, die alle Gitter haben.
Prismen werden manchmal eher für die interne Reflexion an den Oberflächen als für die Dispersion verwendet., Wenn Licht innerhalb des Prismas in einem ausreichend steilen Winkel auf eine der Oberflächen trifft, tritt eine vollständige innere Reflexion auf und das gesamte Licht wird reflektiert. Dies macht ein Prisma in einigen Situationen zu einem nützlichen Ersatz für einen Spiegel.
Abweichungswinkel und Dispersion
Strahlenwinkelabweichung und Dispersion durch ein Prisma können durch Verfolgen eines Probenstrahls durch das Element und unter Verwendung des Snell-Gesetzes an jeder Schnittstelle bestimmt werden., Für das rechts gezeigte Prisma sind die angegebenen Winkel gegeben durch
θ 0 ‚= arcsin ( n 0 n 1 sin θ 0 ) θ 1 = α − θ 0 ‚θ 1‘ = arcsin ( n 1 n 2 sin θ 1 ) θ 2 = θ 1 ‚ − α {\displaystyle {\begin{aligned}\theta ‚_{0}&=\, {\text{arcsin}}{\Big (}{\frac {n_{0}}{n_{1}}}\,\sin \theta _{0}{\Big )}\\\theta _{1}&=\alpha -\theta ‚_{0}\\\theta ‚_{1}&=\, {\text{arcsin}}{\Big (}{\frac {n_{1}}{n_{2}}}\,\sin \theta _{1}{\Big )}\\\theta _{2}&=\theta ‚_{1}-\alpha \end{ausgerichtet}}} ., δ = θ 0 + θ 2 = θ 0 + arcsin ( n sin ) − α {\displaystyle \delta =\theta _{0}+\theta _{2}=\theta _{0}+{\text{arcsin}}{\Big (}n\,\sin {\Big }{\Big )}-\alpha } δ ≈ θ 0 − α + ( n ) = θ 0 − α + n α − θ 0 = ( n − 1 ) α . {\displaystyle \delta \alpha \theta _{0} – \alpha +{\Big (} n\, {\Big }{\Big )}=\theta _{0} – \alpha +n\alpha – \theta _{0}=(n-1)\alpha \ .}
Der Abweichungswinkel hängt von der Wellenlänge durch n ab, daher variiert der Abweichungswinkel bei einem dünnen Prisma mit der Wellenlänge entsprechend
δ (λ ) ≈ α {\displaystyle \delta (\lambda )\approx \alpha } .
