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Ihr einfaches dreieckiges Design bietet eine größere Ausrichtungstoleranz als Spiegel (die eine präzise Neigung erfordern) und eine höhere Haltbarkeit als beschichtete Optik (die kratzen oder abbauen können). Im Gegensatz zu reflektierenden Beschichtungen, die im Laufe der Zeit verblassen (Reduzierung der Reflexionsvermögen um 5-10% pro Jahr in harten Umgebungen), bietet TIR eine stabile Reflexion mit niedrigem Verlust (Reflexionslebnis> 99,9%), wenn sie innerhalb kritischer Winkelparameter betrieben werden (einfallender Winkel> kritischer Winkel für das Material). Diese Zuverlässigkeit macht den Rechtswinkel -Prismen in verschiedenen Anwendungen, von der Unterhaltungselektronik (Kamera -Sucher) bis hin zu Verteidigungssystemen (Periskopen), unverzichtbar.
Material Options : Schott BK7 (crown glass, ideal for visible-range applications, 400-700nm, >92% transmission at 550nm), Hoya fused silica (UV and NIR transmission, 185-2100nm, low thermal expansion), germanium (mid-IR, 2-14μm, high refractive index for TIR in IR), and sapphire (high hardness and temperature resistance, suitable for harte Umgebungen). BK7 ist für den allgemeinen Gebrauch (z. B. Spiegel in Spielzeug) kostengünstig, während fusionierte Kieselsäure für UV-Laser (z. B. 248-nm-Excimer-Laser) oder Hochtemperatursysteme bevorzugt wird. Germanium richtet sich an die IR -thermische Bildgebung, und Saphir wird in industriellen Sensoren verwendet, die Vibrationen oder Staub ausgesetzt sind.
Kritische Spezifikationen : Winkeltoleranz <2 Bogensekunden (die genaue Ablenkung von 90 ° oder 180 °-Eine Abweichung von 1 Bogensekunden, verursacht einen 0,00028 ° -Fehler in Strahlrichtung), Oberflächenqualität 20-10 oder 10-5 (10-5-Grad für Hochsensitivitätsanwendungen wie Astronomien) und Flachness-Kollisionen und Flachness-Schaden, und Flachness, und Flachness-Trübmus -PV <1/10 Jahre (AT 632.8nm), und Flachness-Schaden-PV <1/10 & Jahr (AT 632.8nm), und PV <1/10 & lgr; (AT 632.8nm), PV <1/10 & Jahr (AT 632.8nm), bleibt der Schadenvermögen PV <1/10 & mgr; Reflexion). Die Hypotenuse (die Reflexionsoberfläche für TIR) wird zu einer Rauheit von 0,5 nm poliert, wodurch die Lichtstreuung minimiert wird. Für gespiegelte Prismen ist die Hypotenuse mit Aluminium, Silber oder Gold beschichtet - sei es mit unterschiedlichen Reflexionsvermögen.
Reflexionsmodi : Zwei primäre Reflexionsmodi:
Gesamtin interne Reflexion (TIR) : tritt auf, wenn Licht von einem höher-refraktiv-Index-Material zu einem Material mit niedrigerem refraktivem Index (z. B. BK7 bis Luft) und dem einfallenden Winkel> kritischer Winkel (bk7 kritischer Winkel ~ 41 ° für sichtbares Licht) wandert. TIR benötigt keine Beschichtung, bietet> 99,9% Reflexionsvermögen und ist ideal für sichtbare Anwendungen (z. B. Kamerasuche), bei denen die Beschichtungsverschlechterung ein Problem darstellt.
Spiegelbeschichtungen : Wird verwendet, wenn TIR nicht möglich ist (z. B. einfältiger Winkel <kritischer Winkel oder IR -Wellenlängen). Aluminiumbeschichtungen (400-1200 nm,> 85% Reflexionsvermögen) sind für sichtbare/NIR kostengünstig; Silberbeschichtungen (400-2000 nm,> 95% Reflexionsvermögen) bieten eine hohe Helligkeit, benötigen jedoch einen Schutzmantel. Goldbeschichtungen (800-14000 nm,> 98% Reflexionsvermögen) Excel in IR.
Größenbereich : von 2 mm bis 300 mm mit ± 0,25 mm dimensionaler Toleranz . 2 mm Mini-Prismen werden in Mikrooptik (z. B. Smartphone-Kamerassensoren), 50-mm-Prismen in Laborinstrumenten (z. B. Spektrometern) und 300 mm großer Prismen in Luft- und Raumfahrtsystemen (z. B. Satelliten-Teleskope) verwendet. Die Beinlänge des Prismas (die beiden Seiten, die den rechten Winkel bilden) bestimmt seine klare Blende - beispielsweise liefert eine 50 -mm -Beinlänge eine ~ 35 mm klare Blende (die maximale Strahlgröße, die das Prisma verarbeiten kann).
Umweltbeständigkeit : Chemische und thermische Stabilität variiert je nach Material:
BK7: Widersetztes milde Säuren/Basen, arbeitet -20 ° C bis 100 ° C.
Fusions -Kieselsäure: Chemisch inertiert, betreibt -40 ° C bis 200 ° C.
Saphir: widersteht starke Säuren (außer Hydrofluorsäure), betreibt -273 ° C bis 2000 ° C.
Germanium: empfindlich gegen Feuchtigkeit (oxidiert in feuchten Luft), erfordert eine Schutzbeschichtung und betreibt -40 ° C bis 100 ° C.
Alle Prismen haben kratzfeste Oberflächen (MOHS-Härte 6 für BK7, 7 für verschmolzene Kieselsäure, 9 für Saphir), um die Haltbarkeit bei häufigem Gebrauch zu gewährleisten.
Diese Prismen sind allgegenwärtig in:
Lasertechnologie : Strahllenkung im Laserschweißen (Anschluss an der Automobilkomponente, bei der 90 ° den Laser auf schwer zugängliche Gebiete lenkt), Operation (Ophthalmic Laser, wobei TIR-Prismen den Strahl ohne Abbau des Abbaus und Leitlinien (Makler-Laser) ablenken. Im Laserschweißen verspiegelten Spiegelprismen mit hohen Schadensschwellenbeschichtungen mit 100 W+ Lasermächten, um eine konsequente Ablenkung zu gewährleisten.
Verteidigung & Luft- und Raumfahrt : Periskope (U-Boot- oder Panzerperiskope, bei denen mehrere rechtwinklige Prismen Licht zum Betrachter ablenken), Entfernungsfinder (militärische Laser-Entfernungsfinder, die TIR-Prismen für die Reflexion mit niedrigem Verlust) und Überwachungskameras (Außenkameras) verwenden, wo wetterresistente Sapphire-Pressims bei Regen/Schnee die Leistung aufrechterhalten. U-Boot-Periskope verwenden 100-200 mm BK7-Prismen mit AR-Beschichtungen, um Reflexionsverluste zu reduzieren, wodurch ein klares Betrachten in der Tiefe ermöglicht wird.
Engineering : Laserscanning (industrielle 3D -Scanner, bei denen Prismen den Laserstrahl über die Oberfläche des Objekts ablenken) und IR -Temperatursensoren (Herstellungsqualitätskontrolle, wobei Germanium -Prismen verwendet werden, um IR -Strahlen am Detektor zu lenken). 3D-Scanner verwenden kleine (10-20 mm) verschmolzene Silica-Prismen zur präzisen Strahlregelung, um die Auflösung von Scan <0,1 mm zu gewährleisten. IR-Sensoren stützen sich auf Germanium-Prismen, um 8-14 μm Wellenlängen zu bewältigen, die für die Messung der Temperaturen heißer Oberflächen (z. B. Motorteile) kritisch sind.
Unterhaltungselektronik : Kamera -Sucher (Digitalkameras, bei denen TIR -Prismen das Bild zum Sucher widerspiegeln) und optische Sensoren (Smartphone -Gesichtserkennung, die kleine Prismen verwenden, um IR -Licht umzuleiten). Digitalkamera-Sucher verwenden 5-10 mm BK7-Prismen mit TIR, wodurch die Notwendigkeit von Beschichtungen beseitigt und die Kosten gesenkt werden. Smartphone-Sensoren verwenden 2-5 mm fusionierte Silica-Prismen, die in kompakte Konstruktionen passen und gleichzeitig das IR-Getriebe aufrechterhalten.
F: Wann sollte ich Spiegel und Tir Prismen wählen?
A: Wählen Sie Tir Prismen, wenn:
Der einfallende Winkel> kritischer Winkel (z. B. 41 ° für BK7 in sichtbarem Licht).
Langfristige Haltbarkeit ist kritisch (keine Beschichtung zur Abbau).
Anwendungen befinden sich im sichtbaren Bereich (TIR funktioniert hier am besten).
Beispiele: Kamera -Sucher, Laborspektrometer.
Wählen Sie gespiegelte Prismen, wenn:
Der Vorfallwinkel <kritischer Winkel (z. B. Weitwinkelstrahlablenkung).
Der Betrieb in UV- oder IR -Bereichen (TIR ist weniger effektiv - der kritische Winkel von Germanium ~ 17 ° für IR, was TIR schwer zu erreichen).
Ein hohes Reflexionsvermögen ist für Anwendungen mit schlechten Lichtverhältnissen (z. B. Nachtsichtkameras) erforderlich.
Beispiele: IR -Wärmebildgebung, UV -Härtungslaser.
F: Was verursacht Reflexionsverlust im TIR -Modus?
A: Der Reflexionsverlust im TIR -Modus ist minimal (<0,1%), kann jedoch aufgrund von zwei Faktoren auftreten:
Oberflächenkontamination : Staub, Öl oder Feuchtigkeit an der Hypotenuse-Oberfläche verändert den Brechungsindex der Luft-Prism-Grenzfläche, verringert den kritischen Winkel und verursacht eine teilweise Reflexion (Verlust <5%). Regelmäßige Reinigung mit Linsengewebe und Isopropylalkohol mildert dies.
Off-Axis-Licht : Lichtstrahlen, die in den Winkeln abfällt <Kritischer Winkel (Off-Achse-Strahlen), werden nicht TIR unterzogen, was zu Übertragungsverlusten führt (Verlust <1% für gut kollimierte Träger). Die Verwendung von kollimierten Lichtquellen (z. B. Lasern) oder Prismen mit größeren Beinlängen (um den kritischen Winkelbereich zu erhöhen) verringert diesen Effekt.
Anti-reflektierende Beschichtungen an den Eingangs-/Ausgangsflächen (nicht der Hypotenuse) verringern auch den Verlust, indem die Reflexion auf diesen Oberflächen minimiert wird.
F: Können rechte Winkelprismen als Retrorefektoren fungieren?
A: Ja, wenn sie mit parallelen (kollimierten) Eingangsstrahlen verwendet und ausgerichtet sind, sodass der Strahl zwei TIR -Reflexionen unterzogen wird. Beispielsweise kann ein rechtwinkliges Prisma einen Strahl entlang seines ursprünglichen Pfades widerspiegeln, wenn der Strahl in ein Bein eindringt, von der Hypotenuse widerspiegelt und das andere Bein verlässt - dies erzeugt eine 180 ° -Durchbiegung. Retrorefektor -Prismen werden in:
Laser -Entfernungsfinder: Das Prisma reflektiert den Laserstrahl zurück zur Quelle und ermöglicht die Entfernungsberechnung (Entfernung = Geschwindigkeit von Licht × Zeit des Fluges / 2).
Verkehrssicherheit: Reflektierende Marker auf Straßen verwenden kleine rechte Winkelprismen, um die Autoscheinwerfer zurück zum Fahrer zu reflektieren und die Sichtbarkeit zu verbessern.
