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Leur conception triangulaire simple offre une plus grande tolérance à l'alignement que les miroirs (qui nécessitent une inclinaison précise) et une durabilité plus élevée que l'optique revêtue (qui peut rayer ou se dégrader). Contrairement aux revêtements réfléchissants qui s'estompent au fil du temps (réduisant la réflectivité de 5 à 10% par an dans des environnements difficiles), TIR fournit une réflexion stable et à faible perte (réflectivité> 99,9%) lorsqu'elle est opérée dans les paramètres d'angle critique (angle incident> angle critique pour le matériau). Cette fiabilité rend les prismes à angle droit indispensables dans diverses applications, de l'électronique grand public (viseurs de caméra) aux systèmes de défense (périscopes).
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 environnements durs). BK7 est rentable pour une utilisation générale (par exemple, les miroirs dans les jouets), tandis que la silice fondue est préférée pour les lasers UV (par exemple, les lasers excimères 248 nm) ou les systèmes à haute température. Le germanium s'adresse à l'imagerie thermique IR et le saphir est utilisé dans les capteurs industriels exposés à des vibrations ou à la poussière.
Spécifications critiques : tolérance angulaire <2 secondes d'arc (assurer une déviation précise de 90 ° ou 180 ° - une déviation de 1 seconde à 1 arc provoque une erreur de 0,00028 ° dans la direction du faisce réflexion). L'hypoténuse (la surface de réflexion du TIR) est polie à une rugosité <0,5 nm, minimisant la dispersion de la lumière. Pour les prismes en miroir, l'hypoténuse est recouverte d'aluminium, d'argent ou d'or - chacun avec des gammes de réflectivité distinctes.
Modes de réflexion : deux modes de réflexion primaires:
Réflexion interne totale (TIR) : se produit lorsque la lumière passe d'un matériau d'index à renfort plus haut à un matériau d'index à faible réfractif (par exemple, BK7 à l'air) et l'angle incident> Angle critique (angle critique de BK7 ~ 41 ° pour la lumière visible). TIR ne nécessite aucun revêtement, offre> 99,9% de réflectivité et est idéal pour les applications visibles (par exemple, les viseurs de caméra) où la dégradation du revêtement est une préoccupation.
Revêtements miroirs : utilisés lorsque le TIR n'est pas possible (par exemple, angle incident <angle critique ou longueurs d'onde IR). Les revêtements en aluminium (400-1200 nm,> 85% de réflectivité) sont rentables pour les visibles / NIR; Les revêtements en argent (400-2000 nm,> 95% de réflectivité) offrent une luminosité élevée mais ont besoin d'un pardessus protecteur; Les revêtements d'or (800-14000 nm,> 98% de réflectivité) Excel dans IR.
Plage de taille : de 2 mm à 300 mm avec une tolérance dimensionnelle de ± 0,25 mm . Les mini-pris 2 mm sont utilisés dans les micro-optiques (par exemple, capteurs de caméras pour smartphone), les prismes de 50 mm dans les instruments de laboratoire (par exemple, les spectromètres) et les grands prismes de 300 mm dans les systèmes aérospatiaux (par exemple, les télescopes satellites). La longueur de la jambe du prisme (les deux côtés formant l'angle droit) détermine son ouverture claire - par exemple, une longueur de jambe de 50 mm fournit une ouverture claire de ~ 35 mm (la taille maximale du faisceau que le prisme peut gérer).
Résistance environnementale : la stabilité chimique et thermique varie selon le matériau:
BK7: résiste aux acides / bases légers, fonctionne à -20 ° C à 100 ° C.
Silice fusionnée: chimiquement inerte, fonctionne à -40 ° C à 200 ° C.
Sapphir: résiste aux acides forts (sauf l'acide hydrofluorique), fonctionne -273 ° C à 2000 ° C.
Germanium: sensible à l'humidité (oxyde dans l'air humide), nécessite un revêtement protecteur, fonctionne de -40 ° C à 100 ° C.
Tous les prismes ont des surfaces résistantes aux rayures (dureté Mohs 6 pour BK7, 7 pour la silice fondue, 9 pour le saphir), garantissant une durabilité en usage fréquent.
Ces prismes sont omniprésents dans:
Technologie laser : direction du faisceau dans le soudage au laser (jointure de composants automobiles, où la déviation à 90 ° dirige le laser vers des zones difficiles d'accès), la chirurgie (lasers ophtalmiques, où les prismes TIR détournent le faisceau à l'œil sans la dégradation du revêtement) et les systèmes de guidage (missile lasers, où les prises de saphire avec un saut-gardien). Dans le soudage au laser, les prismes en miroir avec des revêtements de seuil de dommages élevés gèrent 100W + Laser, garantissant une déviation cohérente.
Défense et aérospatiale : les périscopes (sous-marins ou les périscopes de réservoir, où plusieurs prismes à angle droit détournent la lumière au spectateur), les télémètres (télémètres laser militaires, en utilisant des prismes TIR pour une réflexion à faible perte), et les caméras de sécurité (caméras d'extérieur, où les prises de saphir résistantes aux intempéries maintiennent des performances dans la pluie / neige). Les périscopes sous-marins utilisent des prismes de 100 à 200 mm BK7 avec des revêtements AR pour réduire les pertes de réflexion, permettant une vision claire en profondeur.
Ingénierie : balayage laser (scanners 3D industriels, où les prismes détournent le faisceau laser à travers la surface de l'objet) et les capteurs de température IR (fabrication de la qualité du contrôle, utilisant des prismes de germanium pour diriger les faisceaux IR vers le détecteur). Les scanners 3D utilisent de petits prismes de silice fusionnés (10-20 mm) pour un contrôle précis du faisceau, assurant une résolution de balayage <0,1 mm. Les capteurs IR s'appuient sur des prismes de germanium pour gérer des longueurs d'onde de 8 à 14 μm, essentielles pour mesurer les températures des surfaces chaudes (par exemple, les pièces du moteur).
Électronique grand public : viseurs de caméra (caméras numériques, où les prismes TIR reflètent l'image au viseur) et les capteurs optiques (reconnaissance du visage du smartphone, en utilisant de petits prismes pour rediriger la lumière IR). Les viseurs de caméras numériques utilisent des prismes de 5 à 10 mm BK7 avec TIR, éliminant le besoin de revêtements et réduisant les coûts. Les capteurs de smartphone utilisent des prismes de silice fusionnés de 2 à 5 mm, qui s'adaptent dans des conceptions compactes tout en maintenant la transmission IR.
Q: Quand dois-je choisir Mirrored vs Tir Prisms?
R: Choisissez Tir Prisms quand:
L'angle incident> angle critique (par exemple, 41 ° pour BK7 dans la lumière visible).
La durabilité à long terme est critique (pas de revêtement pour se dégrader).
Les applications sont dans la gamme visible (TIR fonctionne mieux ici).
Exemples: victoires de la caméra, spectromètres de laboratoire.
Choisissez des prismes miroir lorsque:
L'angle incident <angle critique (par exemple, déviation du faisceau grand angle).
Fonctionnant dans des gammes UV ou IR (le TIR est moins efficace - l'angle critique de l'ergmanium ~ 17 ° pour l'IR, ce qui rend TIR difficile à réaliser).
Une réflectivité élevée est nécessaire pour les applications à faible luminosité (par exemple, les caméras de vision nocturne).
Exemples: Image thermique IR, lasers de durcissement UV.
Q: Qu'est-ce qui provoque une perte de réflexion en mode TIR?
R: La perte de réflexion en mode TIR est minime (<0,1%), mais elle peut se produire en raison de deux facteurs:
Contamination de la surface : poussière, huile ou humidité sur la surface de l'hypoténuse modifie l'indice de réfraction de l'interface de l'imprime air, réduisant l'angle critique et provoquant une réflexion partielle (perte <5%). Nettoyage régulier avec des tissus de lentille et de l'alcool isopropylique l'atténuage.
Lumière hors axe : les rayons lumineux incidents aux angles <angle critique (rayons hors axe) ne subissent pas de TIR, entraînant des pertes de transmission (perte <1% pour les faisceaux bien collimatés). L'utilisation de sources de lumière collimatées (par exemple, lasers) ou de prismes avec des longueurs de jambe plus grandes (pour augmenter la plage d'angle critique) réduit cet effet.
Les revêtements anti-réfléchissants sur les faces d'entrée / sortie (pas l'hypoténuse) réduisent également la perte en minimisant la réflexion à ces surfaces.
Q: Les prismes d'angle droit peuvent-ils agir comme rétroréflectors?
R: Oui, lorsqu'il est utilisé avec des faisceaux d'entrée parallèles (collimatés) et orientés de sorte que le faisceau subit deux réflexions TIR. Par exemple, un prisme à angle droit peut refléter un faisceau le long de son chemin d'origine si le faisceau entre une jambe, se reflète sur l'hypoténuse et quitte l'autre jambe - cela crée une déviation de 180 °. Les prismes de rétroréflector sont utilisés dans:
Vinateurs laser: le prisme reflète le faisceau laser vers la source, permettant le calcul de la distance (distance = vitesse de lumière × temps de vol / 2).
Sécurité routière: Les marqueurs réfléchissants sur les routes utilisent de petits prismes à angle droit pour refléter les phares de voiture vers le conducteur, améliorant la visibilité.
