Prisma óptico
En óptica, un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores del arcoíris. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre. En geometría, un prisma es un poliedro limitado por dos polígonos iguales y paralelos llamados bases, y varios paralelogramos llamados caras laterales.
Llamado vitrum trigonum desde la época de la Antigua Roma, se dice que un relato de Plinio el Viejo menciona su existencia en un pasaje que trata de un cristal tallado en prisma capaz de transformar la luz del sol en arco iris. La fabricación en esta época de cuentas de vidrio de forma prismática ha sido atestiguada en particular en el yacimiento de Ban Don Ta Phet (en tailandés, บ้านดอนตาเพชร), un sitio arqueológico de la Edad de Hierro en Amphoe Phanom Thuan en Tailandia. Estas cuentas, transparentes o translúcidas, se cortan deliberadamente en forma de prismas similares a los cristales naturales con una base triangular o hexagonal, por ejemplo. La existencia de prismas o elementos similares también está atestiguada por Séneca que menciona en su Questiones naturæ varillas de vidrio que sirven para transformar la luz en un arco iris, prismas que habrían sido muy utilizados en su época. Séneca, sin embargo, atribuía los colores del arco iris en esta época a falsos colores fugaces como los reflejos iridiscentes de las plumas de las palomas. En 1275, Vitellion reprodujo este fenómeno llenando un prisma de base hexagonal con agua, haciendo pasar la luz a través de él, la luz se descompone.
Aunque el prisma se conoce desde hace tiempo, la "transformación" de la luz solar en múltiples colores sigue sin explicarse y los colores se consideran hasta el siglo XVII como mezclas de luz y sombra o como la mezcla de partículas de la superficie de los objetos con partículas de luz. No fue hasta los experimentos de Isaac Newton, que trató de entender la deformación del rayo al salir del prisma en lugar de enfocar los colores, que se comprendió la descomposición del espectro. El rayo ovalado se deforma, lo que choca con las leyes de refracción de Snell-Descartes, conocidas en la época: el índice de refracción se consideraba único y específico del medio que modificaba la luz. Newton demostró con sus experimentos que no era el prisma el que modificaba la luz, sino las propiedades del material que eran diferentes para los distintos colores.
El uso creciente de prismas fue concomitante con el descubrimiento del fenómeno de la dispersión de la luz blanca y la comprensión de que está compuesta por un continuo de colores. Fue también a través de este experimento con prismas que se comprendió la inevitabilidad de la aberraciones cromáticas en los telescopios. Desde principios del siglo XIX, las investigaciones sobre el eter fueron cada vez más numerosas, y los experimentos para demostrar su existencia se multiplicaron. En 1810, François Arago intentó observar la diferencia de velocidad de las ondas luminosas en el éter desviando los rayos estelares a través de un prisma a diferentes horas del día. Este experimento fue reinterpretado por Augustin Fresnel que dedujo que el éter sufre un arrastre parcial en medios refractivos como el prisma. En cualquier caso, un siglo de investigación terminó con el abandono de la teoría del éter.
De acuerdo con la ley de Snell, cuando la luz pasa del aire al vidrio del prisma disminuye su velocidad, desviando su trayectoria y formando un ángulo con respecto a la interfase. Como consecuencia, se refleja y/o se difracta la luz. El ángulo de incidencia del haz de luz, y los índices de refracción del prisma y el aire determinan la cantidad de luz que será reflejada, la cantidad que será refractada o si sucederá exclusivamente alguna de las dos cosas.
Los prismas reflectantes se utilizan para reflejar la luz, con el fin de voltear, invertir, girar, desviar o desplazar el haz de luz. Suelen utilizarse para erigir la imagen en los binoculares o en las cámaras réflex de un solo objetivo; sin los prismas, la imagen quedaría al revés para el usuario.
Los prismas reflectantes, que suelen estar hechos de vidrio óptico puro, utilizan la reflexión total interna para conseguir una reflectividad casi perfecta en sus facetas en las que incide la luz bajo un ángulo oblicuo suficientemente alto. En combinación con el revestimiento antirreflectante de las facetas de entrada y salida, esto conduce a una pérdida de luz de un orden de magnitud inferior a la que tienen los espejos metálicos habituales.
Los prismas dispersivos se utilizan para dividir la luz en los colores espectrales que la componen, ya que el índice de refracción depende de la frecuencia; la luz blanca que entra en el prisma es una mezcla de diferentes frecuencias, cada una de las cuales se desvía de forma ligeramente diferente. La luz azul es más lenta que la roja y, por lo tanto, se doblará más que ésta.
La dispersión espectral es la propiedad más conocida de los prismas ópticos, aunque no es el propósito más frecuente de utilizar prismas ópticos en la práctica.
Se pueden depositar varias capas de películas delgadas en la hipotenusa de un prisma en ángulo recto, y cementarlas a otro prisma para formar un cubo separador de haces. El rendimiento óptico global de este cubo viene determinado por la fina película.
En comparación con un sustrato de vidrio habitual, el cubo de vidrio proporciona una protección de la capa fina por ambos lados y una mayor estabilidad mecánica. El cubo también puede eliminar los efectos de etalón, la reflexión lateral y la ligera desviación del haz.
Otra clase es la formada por los prismas polarizadores que utilizan la birrefringencia para dividir un haz de luz en componentes de distinta polarización. En las regiones visibles y ultravioleta, tienen pérdidas muy bajas y su relación de extinción suele ser superior a , lo que es superior a otros tipos de polarizadores. Pueden o no emplear la reflexión interna total;
Suelen estar hechos de un material cristalino birrefringente como la calcita, pero otros materiales como el cuarzo y el borato de bario beta α-BBO pueden ser necesarios para aplicaciones UV, y otros (MgF2, YVO4 y TiO2 ampliarán la transmisión hasta el rango espectral del infrarrojo.
Los cristales birrefringentes también pueden ensamblarse de manera que se produzca una despolarización aparente de la luz.
Obsérvese que la despolarización no se observaría para una onda plana monocromática ideal, ya que en realidad ambos dispositivos convierten la reducción de la coherencia temporal o la coherencia espacial, respectivamente, del haz en descoherencia de sus componentes de polarización.
Sin embargo, los prismas hechos de material isotrópico como el vidrio también alterarán la polarización de la luz, ya que reflexión parcial bajo ángulos oblicuos no mantiene la relación de amplitud (ni la fase) de las componentes s- y p-polarizadas de la luz, lo que lleva a una polarización elíptica general. Este es generalmente un efecto no deseado de los prismas dispersivos. En algunos casos puede evitarse eligiendo una geometría de prisma en la que la luz entre y salga bajo un ángulo perpendicular, mediante la compensación a través de una trayectoria de luz no plana, o mediante el uso de luz p-polarizada.
La reflexión total interna sólo altera la fase mutua entre la luz polarizada s y p. Bajo un ángulo de incidencia bien elegido, esta fase es cercana a .
El uso de la refracción de la luz mediante el uso de prismas (geometría) se está haciendo cada vez más popular en la fotografía creativa, tanto que ha surgido el término prisming como moda fotográfica. De esta forma, se crean rayos de luz de los diferentes colores del arcoíris o reflejos de tonos blancos, azulados o anaranjados dependiendo de la temperatura de color ambiente en función de la luz utilizada o de la hora solar. Esta serie de reflejos crean un clima luminoso.
Su principal uso se sitúa en la fotografía de retrato y fotografía artística, sobre todo en eventos especiales como bodas. Uno de los principales fotógrafos experto en esta técnica fotográfica es Sam Hurd, fotógrafo americano que ha retratado a famosos como Morgan Freeman, George Clooney o Donald Trump.