Principais características e geometria
· Forma: É um triângulo retângulo de seção transversal, com três faces retangulares. As duas faces menores adjacentes ao ângulo de 90 graus são chamadas de pernas ou catetos, e a face mais longa oposta ao ângulo reto é chamada de hipotenusa.
· Ângulos padrão: Os ângulos padrão são 90°, 45° e 45°.
· Material: Geralmente feito de vidro óptico como BK7, sílica fundida ou outros materiais dependendo da faixa de comprimento de onda necessária (por exemplo, graus UV ou IR).
Funções primárias e como funcionam
O prisma de ângulo reto é mais famoso por dois comportamentos específicos baseados em como a luz entra nele.
1. Reflexão (curvando caminhos de luz em 90° ou 180°)
Este é o uso mais comum. Quando a luz entra em uma das faces da perna e atinge a face da hipotenusa em um ângulo crítico, ela sofre Reflexão Interna Total (TIR).
· Curvatura de 90 graus (uso mais comum):
· Caminho: A luz entra em uma das faces retangulares menores, atinge a face da hipotenusa em um ângulo de incidência de 45°, sofre TIR e sai pela outra face menor.
· Resultado: O feixe de luz de entrada é curvado exatamente em 90 graus. Esta é uma forma muito eficiente de orientar o caminho da luz, pois evita a necessidade de uma superfície espelhada que pode degradar-se com o tempo. A eficiência de reflexão via TIR é próxima de 100%.
(Diagrama mostrando a luz entrando em uma perna, refletindo na hipotenusa e saindo pela outra perna em um ângulo de 90°)
· Curvatura/retrorreflexão de 180 graus:
· Caminho: A luz entra na face da hipotenusa, passa por TIR de ambas as faces da perna de 45° em sequência e sai de volta pela face da hipotenusa, paralelamente ao seu caminho de entrada original, mas invertido.
· Resultado: A viga é deslocada e dobrada sobre si mesma em 180 graus. Isso é usado em retrorrefletores e dobramento de caminho óptico.
(Diagrama mostrando a luz entrando na hipotenusa, refletindo em ambas as pernas e saindo pela hipotenusa, 180° invertido)
2. Rotação e montagem de imagem
Uma propriedade importante da função de flexão de 90 graus é que ela também gira a imagem em 90 graus. Isto é extremamente útil em muitos sistemas ópticos.
· Inversão: Um prisma de ângulo reto inverterá uma imagem no plano de reflexão.
· Aplicação em binóculos: Um par de prismas de ângulo reto (geralmente em uma configuração de prisma Porro) é usado para dobrar o longo caminho óptico em uma caixa compacta e para reinverter a imagem criada pela lente objetiva, para que o usuário veja uma imagem vertical, direita, esquerda-direita.
Outras funções
· Dispersão (como um prisma simples): Se a luz incide na face da hipotenusa e não na perna, ela pode ser refratada nas duas superfícies de 45°, agindo como um prisma dispersivo que divide a luz branca em suas cores constituintes. No entanto, é menos eficiente para isso do que um prisma equilátero dedicado.
· Combinação/divisão de feixe: Ao aplicar um revestimento parcialmente reflexivo na hipotenusa, o prisma pode ser transformado em um divisor de feixe, dividindo um único feixe em dois ou combinando dois feixes em um.
Aplicativos comuns
Prismas de ângulo reto são onipresentes em sistemas ópticos:
· Bancos ópticos: Para direcionar feixes de laser em 90 graus.
· Sistemas de imagem: Em periscópios, telescópios e câmeras para dobrar o caminho óptico e corrigir a orientação da imagem.
· Binóculos e telescópios: Como componente central dos sistemas de prismas Porro.
· Metrologia: Em interferômetros e outros instrumentos de medição para manipulação precisa do caminho óptico.
· Retrorrefletores: Para alinhamento de lasers ou em equipamentos topográficos.
Vantagens e considerações
· Vantagens:
· Alta Eficiência: O TIR fornece quase 100% de refletividade sem a necessidade de revestimento metálico.
· Durabilidade: A superfície refletora (hipotenusa) é selada dentro do vidro e não pode ser riscada ou manchada.
· Simplicidade: Um componente único e sólido executa uma função complexa.
· Considerações:
· Ângulo Crítico: TIR só ocorre se o ângulo de incidência na hipotenusa for maior que o ângulo crítico. Isto depende do material do vidro e do meio circundante (geralmente ar).
· Distorção da frente de onda: A qualidade óptica do vidro e o nivelamento das superfícies são essenciais para aplicações que exigem uma frente de onda precisa.
Em resumo, o prisma de ângulo reto é um bloco de construção fundamental e multifuncional da óptica. Sua capacidade de curvar a luz com eficiência em 90° ou 180° e de manipular imagens por meio da Reflexão Interna Total o torna indispensável em uma vasta gama de dispositivos científicos, industriais e de consumo.
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