Nhìn thấy ánh sáng bằng lăng kính quang học

Lăng kính là thành phần quang học cơ bản sử dụng đặc tính khúc xạ của vật liệu trong suốt để bẻ cong và phân tán chùm ánh sáng. Một lăng kính chứa ít nhất hai bề mặt quang học được đánh bóng khúc xạ ánh sáng dựa trên sự thay đổi chiết suất giữa lăng kính và không khí. Lăng kính điều khiển ánh sáng cho các ứng dụng bao gồm quang phổ, tia laser, kính hiển vi và đo khoảng cách.

Isaac Newton lần đầu tiên sử dụng lăng kính thủy tinh hình tam giác trong các thí nghiệm quang học vào những năm 1600. Newton hướng ánh sáng mặt trời qua lăng kính, quan sát các màu quang phổ được phân tách bằng sự tán sắc. Ông kết luận rằng ánh sáng trắng chứa tất cả các bước sóng khả kiến. Các lăng kính hiện đại tận dụng khả năng phân bố có kiểm soát và phản xạ nội toàn phần để lọc, phân tách, phản xạ và làm giảm ánh sáng.

Chiết suất và độ phân tán của lăng kính xác định đường đi của ánh sáng bị bẻ cong ở mặt phân cách thủy tinh không khí. Kính đá lửa đặc hơn như SF6 thể hiện độ phân tán cao hơn kính vương miện như BK7. Lăng kính dành cho quang phổ được tối ưu hóa để phân bố mạnh mẽ và đồng đều nhằm trải rộng ánh sáng trắng thành các dải quang phổ rõ ràng. Lăng kính Amici sử dụng hai loại kính khác nhau để phóng đại sự phân tách quang phổ.

Lăng kính góc vuông chuyển hướng đường ánh sáng tới 90 độ thông qua phản xạ nội toàn phần. Cạnh huyền của lăng kính được phủ để phản xạ hoàn toàn. Lăng kính porro và lăng kính năm mặt sử dụng nhiều phản xạ bên trong để đảo ngược hình ảnh hoặc thay đổi độ phóng đại. Lăng kính mái là lăng kính góc vuông nhỏ gọn hữu ích cho ống nhòm và kính tiềm vọng.

Lăng kính bồ câu xoay ảnh quanh trục quang bằng cách sử dụng nhiều phản xạ bên trong. Chúng là thành phần quan trọng trong hệ thống quét laser, ổn định hình ảnh quay ngược. Lăng kính Abbe làm lệch ánh sáng giống như lăng kính bồ câu nhưng giảm quang sai màu khi sử dụng trong quang phổ.

Sản xuất lăng kính hiện đại sử dụng khuôn đúc thủy tinh chính xác để tạo ra các mảng lăng kính phức tạp và quang học gần dạng lưới với các góc chính xác và chi phí thấp so với mài và đánh bóng. Lớp phủ quang học tăng cường khả năng truyền qua lăng kính và cho phép các khối tách chùm phân cực.

Từ việc làm sáng tỏ các màu sắc cấu thành của ánh sáng cho đến điều khiển chùm tia laze, lăng kính tiếp tục phát triển các ứng dụng quang học thông qua khả năng linh hoạt của chúng trong việc điều khiển đường đi và tính chất của ánh sáng. Hình học lăng kính mới và các thành phần thủy tinh mới mở rộng hơn nữa chức năng cảm biến, hình ảnh, dữ liệu và truyền năng lượng.