تحقیق مقاله منشور

منشور

دید کلی

آیا تا به حال به چگونگی تشکیل رنگین کمان فکر کرده‌اید؟

طیف رنگی نور تابشی بر بلورها از جمله ساده‌ترینش خودکار شیشه‌ای یا پلاستیک شفاف را دیده‌اید؟

هاله رنگی دور لامپ الکتریکی را در هوای مه آلود مشاهده نموده‌اید؟

لایه‌های رنگی موجود در سطح مایعات مخلوط از جمله نفت و آب و ... فهمیده اید وماهیت فیزیکی اینها را لمس کرده اید؟

در طبیعت از این پدیده‌ها بسیار است وهمه آنها ماهیت نوری تقریبا واحدی دارند.

ماهیت منشور

نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد ، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود تجزیه نور سفید. مثلا نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. بنابراین در بحث منشورها از پاشندگی نور می‌گذریم ومنشورهایی را بررسی می‌کنیم که پاشنده نیستند، یعنی ضریب شکست آنها بستگی طول موجی ندارد، منشورهایی که می‌توان از آنها در آرایش سطوح بازتابنده چندگانه استفاده کرد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم ، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.

ساختار کلی

از آنجا که کلیه منشورها جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی الکتریکهادر سطح خود لازم ندارند، برعکس ، آینه‌ها وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، کارآیی آنها تقریبا بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی وناهمواریهای سطح منشور وبازتابشهای فرنل مربوط می‌شود که ناچیزند. آنچه مهم است تنظیم دائمی سطوح بازتابنده و بازتاب شداخلی کلی است، استفاده از این منشورها در بیشتر دستگاههای نوری توصیه می‌شود.

دو مانع عمده در کاربرد منشورها وجود دارد آنها هم هزینهووزن آنهاست; اگر مساحت سطح مقطع ورودی و خروجی یک منشور خیلی بیشتر از 5 سانتیمتر مربع باشد، وزن آن قابل ملاحضه خواهد بود. همچنین هزینه ساخت و تولید یک تکه شیشه کلفت وصیقل دادن آن و تعبیه دقیق آن در جای مناسب قابل توجه خواهد بود، لذا در ابعاد سطح مقطعی بزرگتر از 5 سانتیمتر مربع استفاده از آینه‌ها امتیاز بیشتری دارد و یا اینکه با تقریبی از منشورهای پلاستیکی شفاف استفاده می‌کنند.

در حالت کلی منشورهای باز تابش داخلی کلی آینه‌های تخت به لحاظ کاربرد در سیستمهای مختلف با ملاحظه تمام پارامترهای طراحی دستگاه  مکمل هم هستند.

باید بخاطر بسپاریم که در دستگاههای نوری کل یک منشور ظاهر نمی‌شود بلکه بعد از تنظیم منشورآن قسمتی از منشور که عمل می‌کند و در مسیر پرتوی ردیابی شده قرارمی‌گیرد را نگه می‌داریم و سایر قسمتهای اضافی را جهت کاهش وزن و حجم می‌بریم و از دستگاه نوری خارج می‌کنیم.

انواع منشورها و کاربردهای آنها

منشور قائم الزاویه

سطح مقطع این منشور ساده و از یک مثلث درجه45 - 90 45 ساخته شده است. نوری که از یک وجه کوچک آن وارد می‌شود در وتر آن بازتابیده می‌شود و از وجه کوچک دیگر خارج می‌گردد، به شرطی که ضریب شکست منشور بزرگتر از مقدار 1.414 باشد یعنی (n1 > 1.414) که نور باز تابش داخلی کلی خواهد کرد که این هم یک مزیت دیگر منشور بر آینه‌هاست.

منشور پنج وجهی

منشور پنج وجهی یک منشور انحراف ثابت است، بدین معنی که پرتوی ورودی را 90 منحرف می‌کند، بخاطر همین ویژگی به چنین منشوری گونیای اپتیکی می‌گویند. در تنظیم و طراحی سیستمهایی که دارای مسیرهای متقاطع پرتویی به اندازه 90 هستند، بسیار سودمند واقع می‌شوند. به سبب زاویه تابش کوچک نخستین بازتابش داخلی ، بازتابش داخلی کلی در اینجا صورت نمی‌گیرد. بنابراین سطوح بازتابنده یک منشور پنج وجهی باید با فیلمهای (پوششهای) بازتابنده پوشش یابند.

منشور پورو

این منشورها از ترکیب دو منشور راست گوشه بدست می‌آیند و در پیکر بندیهای انحراف ثابت 180 درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالیکه هر دو منشور تولید معکوس می‌کنند، ترکیب آنها تولید وارونی می‌کند. این دو منشور ، مسیر یک سیستم اپتیکی را تا می‌کنند (سیستم را در ادامه فرآیند از مسیر نور خارج می‌کنند) و همچنین یک تصویر را به اندازه نصف طول وتر در هر دو جهت افقی و عمودی جابجا می‌کنند. از منشور پورو می‌توان برای کاهش طول یک تلسکوپ کپلری استفاده کرد و همزمان با آن یک وارونی دیگر که برای راست کردن تصویر وارون تلسکوپضرورت دارد، بدست آورد. به همین دلیل ، در بسیاری از دوربینها و سایردستگاههای دو چشمی ، از این منشور استفاده می‌شود.

منشور دوه

نوری که به موازات قاعده یک منشور وارد آن می‌شود در درجه اول به قاعده منشور شکسته می‌شود، در آنجا بازتابش داخلی کلی می‌یابد. سپس در وجه مقابل می‌شکند تا دوباره به نوری موازی با قاعده تبدیل شود، از آنجا که قسمت رأس منشور اثری بر پرتوهای بازتابیده از سطح قاعده ندارد، معمولا حذف می‌شود (برش داده می‌شود). آنچه باقی می‌ماند یک منشور دوه نامیده می‌شود.

پیمایش پرتوهای نور در یک منشور دوه معادل عبور آنها از یک تیغه شیشه‌ای است. بنابراین در زاویه تابش غیر عمودی پاشیدگی روی نخواهد داد. اگر هم باشد داخلی است و در سطح دوم جمع می‌شود. یکی از سودمندترین خواص منشور دوه آن است که چرخش منشور حول محوری به موازات جهت انتشار نور در بیرون منشور ، منجر به چرخش تصویر معکوس به اندازه دو برابر زاویه چرخش منشور می‌شود. تعداد ترکیبهای منشوری دیگر خیلی زیاد هست و برخی از آنها برای دستگاه نوری خاصی طراحی شده است.

محاسبه ضریب شکست منشورها

ضریب شکست شیشه منشور به توسط رابطه زیر داده می‌شود:

n = sin(A - Dm)/2 / sin(A + Dm)/2

که در آن A زاویه رأس منشور بوده و Dm زاویه کمترین انحراف منشور است. زاویه کمترین انحراف منشور آنچنان زاویه‌ای است که با کوچکترین انحراف از آن زاویه ، منشور از حالت تنظیم خود خارج می‌شود و طیف منشور حذف می‌شود. به عبارتی در چنین زاویه‌ای ، منشور در آستانه تشکیل طیف نور تابشی است.

مَنشور یا شوشه، جسمی است از جنس بلور که نور پس از عبور از آن تجزیه می‌شود. از نگاهی دیگر، منشور محیط شفافی است که به دو سطح صاف و شفاف غیر موازی ختم می‌گردد که از یک طرف همدیگر را قطع نموده، تشکیل رأس منشور را می‌دهند و در طرف دیگر قاعدهٔ منشور را می‌سازند. منشور از اصطلاحات معروف هندسه است.

ماهیت منشور

نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود (تجزیه نور سفید). مثلا نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.

مفهوم فیزیکی

محیط شفافی است که بین دو سطح متقاطع قرار گرفته است. غالباً منشور را به شکل منشور مثلث القاعده می‌سازند. معمولاً برای نور مرئی از منشورهای شیشه‌ای و برای اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز از منشورهای دُر کوهی استفاده می‌کنند. در زوایای تابشی بزرگتر از زاویه بحرانی بر خلاف انتظار زاویه شکست بیشتر از ۹۰ درجه می‌شود. یعنی نور اجازه ورود به محیط دوم را ندارد این پدیده به وسیله محاسبات فیزیکی، توجیحات فیزیکی ونیز آزمایش‌های عملی بررسی شده است. بنابراین از این پدیده در سایر ناحیه‌های طول موجی امواج الکترومغناطیسی نیز استفاده‌های وسیعی می‌شود.