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[[Datei:Light dispersion of a mercury-vapor lamp with a flint glass prism IPNr°0125.jpg|mini|[[Dreieck]]iges Dispersionsprisma spaltet [[Licht]] in seine [[Spektralfarbe]]n]]

'''Dispersionsprismen''' sind eine Gruppe von optischen [[Prisma (Optik)|Prismen]], deren Funktion die Abhängigkeit der [[Brechung (Physik)|Brechung]] von der [[Wellenlänge]] des Lichts ausnutzt.<ref>{{Literatur |Autor=[[Eugene Hecht]] |Titel=Optik |Verlag=Oldenbourg Wissenschaftsverlag |Datum=2005 |ISBN=978-3-486-27359-5 |Seiten=307–310}}</ref> Sie werden unter anderem zur Erzeugung von [[Lichtspektrum|Lichtspektren]] eingesetzt, zum Beispiel in einem [[Prismenspektrometer]].

== Funktionsweise und Typen ==
[[Datei:Dispersive Prism Illustration.jpg|mini|Farbzerstreuung durch ein 60°-Prisma]]

Fällt ein Lichtstrahl auf die [[Grenzfläche]] von Luft und Prisma, wird der Lichtstrahl aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in den Medien [[Brechung (Physik)|gebrochen]]. In einem Medium mit von Null verschiedener [[Dispersion (Physik)|Dispersion]] hängt der [[Brechungsindex]] von der Wellenlänge des Lichts ab. Daher erfährt bei einem mehrfarbigen Lichtstrahl jede Wellenlänge eine andere Ablenkung. Das gebrochene Licht breitet sich daher von der Eintrittsstelle her als divergierendes Lichtbündel aus.

Dieser Effekt findet analog dazu auch an der Austrittsfläche des Lichtstrahls statt. Das führt dazu, dass sich bei parallelen Ein- und Austrittsflächen die Strahldivergenz und Aufspaltung aufhebt. In einem Dispersionsprisma sind Ein- und Austrittsflächen gegeneinander in der Form geneigt, so dass es nach dem Durchgang zu einem divergierenden Strahlenbündel und einer spektralen Aufspaltung kommt.

Die einfachste und gleichzeitig häufig eingesetzte Form eines Dispersionsprismas ist ein optisches [[Prisma (Optik)|Prisma]] mit dreieckiger Querschnittsfläche. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von weiteren Geometrien, die als Dispersionsprisma eingesetzt werden. Darunter befinden sich auch Prismen, bei denen der Lichtstrahl an einer oder mehr Flächen [[Reflexion (Physik)|reflektiert]] wird (metallische Reflexion und auch [[Totalreflexion]]), beispielsweise beim [[Littrow-Prisma]] oder dem [[Pellin-Broca-Prisma]].

Dispersionsprismen besonderer Bauform sind zum Beispiel:
* Das [[Geradsichtprisma]] besteht aus einer Aneinanderreihung einfacher Dreikant-Prismen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften.
* Das [[Pellin-Broca-Prisma]] ist ein Vierkant-Prisma mit einer zusätzlichen inneren Totalreflexion für 90°-Ablenkung des divergierenden Lichtbündels. Es eignet sich als [[Brewster-Prisma]] zur verlustfreien Umlenkung linear [[Polarisation|polarisierten]] Lichts.

== Anwendungen ==
=== Monochromator ===
In Spektrometern werden Dispersionsprismen verwendet, um für eine bestimmte Wellenlänge eine konstante, minimale Ablenkung zu erzeugen.<ref name="Pedotti" /> Durch die spektrale Aufspaltung des Lichts kann nach dem Durchgang durch das Prisma eine bestimmte Wellenlänge ausgewählt werden, beispielsweise über eine [[Optischer Spalt|Schlitzblende]]. Durch Drehung des Prismas in der Querschnittsebene lässt sich zudem die Wellenlänge des Lichts mit minimaler Ablenkung ändern und können daher als [[Monochromator]] (Prismenmonochromator) eingesetzt werden. Beispiele sind das [[Littrow-Prisma]] und das [[Pellin-Broca-Prisma]].

In ähnlicher Funktion werden Dispersionsprismen in modernen spektralen [[Ellipsometer]]n eingesetzt. Um kürzere Messzeiten für ein Spektrum zu erzielen, wird hierbei zuerst mehrfarbiges Licht (nicht [[monochromatisches Licht]]) auf eine Probe gestrahlt. Das von der Probe reflektierte Licht wird anschließend in einem Prisma spektral aufgespalten und das Farbspektrum über eine [[Charge-coupled Device|CCD]]-Zeile zeitgleich gemessen.

=== Ablenkung monochromatischen Lichts ===
Um die Dispersion eines Materials zu bestimmen, wird die Ablenkung verschiedenen monochromatischen Lichts gemessen. Ein Strahl solchen Lichts tritt aus dem Prisma unzerlegt heraus. Sein Austrittswinkel und damit seine Ablenkung sind eindeutig. Bei entsprechenden Messungen wird der symmetrische Lichtdurchgang angewendet, bei dem die Ablenkung minimal und mit der folgenden einfachen Formel<ref>[http://www.physik.fh-aachen.de/startseite/physik_fuer_elektrotechnik/praktikum/spektrometer/4/ Herleitung der Formel bei minimaler Ablenkung - Doris Samm]</ref> beschreibbar ist:

:<math>n = \frac{\sin \frac{\delta_{\min} + \varepsilon}{2}}{\sin \frac{\varepsilon}{2}}</math>
mit: ''n'' = Brechungsindex des Materials für das verwendete Licht
:<math> \delta_{\min}</math> = minimaler Ablenkungswinkel
:<math>\varepsilon</math> = Prismenwinkel an der brechenden Kante

Eine entsprechende Messeinrichtung ist ein [[Goniometer]]-Spektrometer.<ref>Goniometer-Spektrometer: Licht von unterschiedlicher Wellenlänge wird von einer Spektrallampe erzeugt. Man beobachtet die Ablenkung verschiedener [[Fraunhofersche Linien|Fraunhoferscher Linien]] im Lampenspektrum. ([http://www.uni-koeln.de/math-nat-fak/kristall/forschung/kristallphysik/optik/node3.html Link zum Goniometer-Spektrometer])</ref>

=== Kombination von einzelnen Dispersionsspektren ===
Durch die Kombination zweier oder mehr Dispersionsprismen lassen sich neben der spektralen Aufspaltung des Lichts weitere Funktionen realisieren, beispielsweise ein insgesamt [[Achromatismus|achromatisches]] oder ein für eine bestimmte Wellenlänge nicht ablenkendes Verhalten.<ref name="Pedotti" /><ref name="Bergmann" />

Ein achromatisches Verhalten bei einem Prisma bedeutet, dass es nach dem Durchgang der Anordnung keine [[Winkeldispersion]] für unterschiedliche Wellenlängen gibt, das heißt, die unterschiedlich farbigen Lichtstrahlen divergieren nicht weiter, sondern verlaufen parallel zueinander. Dies kann beispielsweise durch die Kombination eines 60°-Prismas aus [[Kronglas]] und eines halben 60°-Prismas aus [[Flintglas]] realisiert werden. Ein Dispersionsprisma mit dieser Wirkung wird als '''achromatisches Prisma''' bezeichnet.<ref>{{Literatur |Autor=Helmut Lindner, Wolfgang Siebke |Titel=Physik für Ingenieure |Verlag=Hanser Verlag |Datum=2006 |ISBN=978-3-446-40609-4 |Seiten=361–362}}</ref><ref name="Pedotti" />

Andere Kombination können hingegen als [[Geradsichtprisma]] verwendet werden. Bei diesem Typ von Dispersionsprismen wird eine verschwindende Ablenkung für eine bestimmte Wellenlänge erzielt. Die Winkeldispersion bleibt jedoch erhalten. Eine typische Anordnung ist die Aneinanderreihung einfacher Dreikant-Prismen mit unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Kron- und Flintglas.<ref name="Bergmann" />

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Pedotti">
{{Literatur
|Autor=F. Pedrotti, L. Pedrotti, W. Bausch
|Titel=Optik Für Ingenieure: Grundlagen
|Verlag=Springer
|Datum=2005
|ISBN=978-3-540-22813-4
|Seiten=167–168}}
</ref>
<ref name="Bergmann">
{{Literatur
|Hrsg=[[Ludwig Bergmann (Physiker)|Ludwig Bergmann]], [[Heinz Niedrig]], [[Clemens Schaefer (Physiker)|Clemens Schaefer]]
|Titel=Lehrbuch der Experimentalphysik: Optik : Wellen- und Teilchenoptik
|Verlag=Walter de Gruyter
|Datum=2004
|ISBN=978-3-11-017081-8
|Seiten=213–216}}
</ref>
</references>

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Eugene Hecht
|Titel=Optik
|Verlag=Oldenbourg Wissenschaftsverlag
|Datum=2005
|ISBN=978-3-486-27359-5
|Seiten=307–311}}

[[Kategorie:Dispersionsprisma| ]]
[[Kategorie:Physikalisches Prinzip eines Optischen Bauteils]]

Dispersionsprisma - Versionsgeschichte

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