Littrow-Prisma

Ein Littrow-Prisma ist ein optisches Element, das Licht fast direkt zur Quelle zurückreflektiert und es dabei in seine Wellenlängen zerlegt. Es besteht aus einem einzelnen Prisma, typischerweise mit einem Öffnungswinkel von 30 bis 60 Grad, das so montiert ist, dass seine Hypotenuse oder Rückseite versilbert oder beschichtet ist und als Spiegel fungiert. Licht tritt unter dem Brewster-Winkel durch eine Prismafläche ein, wandert durch das Prisma, reflektiert an der versilberten Oberfläche und tritt durch dieselbe Fläche wieder aus, durch die es eingetreten ist.

Das charakteristische Merkmal ist die Geometrie: Wenn Licht unter dem Brewster-Winkel auf das Prisma trifft, entspricht der Einfallswinkel dem Komplementwinkel des Brechungsindex des Prismas. Diese Anordnung führt zu minimaler Ablenkung, das heißt, der reflektierte Strahl verläuft nahezu parallel zum einfallenden Strahl, aber räumlich versetzt. Die Dispersivität ergibt sich aus dem Prismamaterial selbst, das verschiedene Wellenlängen vor und nach der Reflexion unter leicht unterschiedlichen Winkeln bricht, sodass sich rotes und blaues Licht beim Durchgang trennen.

Littrow-Prismen kommen in Spektrometern, Wellenlängenwählern und optischen Rückkopplungssystemen zum Einsatz, wo Retroreflexion mit Dispersion erforderlich ist. Sie sind häufig in durchstimmbaren Farbstofflasern anzutreffen, wo das Prisma als Rückkopplungselement in der Laserkavität dient; die versilberte Rückseite reflektiert Licht zurück ins Verstärkungsmedium, und durch Drehung des Prismas wird ausgewählt, welche Wellenlänge maximale Rückkopplung erfährt und oszilliert. Das Prismamaterial, meist Glas oder Quarzglas, muss im betreffenden Wellenlängenbereich transparent sein und einen ausreichend hohen Brechungsindex haben, um den Brewster-Winkel zu erreichen, ohne unpraktisch steile Einfallswinkel zu erfordern.

Der Einfallswinkel und der Austrittswinkel sind gleich, nur wenn der Lichtweg für Brewster-Einfall optimiert ist. Wenn das Prisma aus dieser Stellung gedreht wird, nimmt die Ablenkung zu und die Retroreflexion wird schlechter. Die versilberte Oberfläche ist der kritische Punkt; die Beschichtung kann degradieren, Licht streuen oder Wellenlängen selektiv absorbieren, sodass die Leistung von der Beschichtungsqualität und Wartung abhängt. Staub oder Feuchte auf der versilberten Fläche führen zu erheblichem Signalverlust.

Das Prisma ist nach dem Erfinder aus dem 19. Jahrhundert benannt und trägt seinen Namen in der optischen Technik, obwohl es relativ eng begrenzte Anwendungen hat. Es nimmt eine Nische zwischen dem einfachen Retroreflektor und dem vollständigen Spektrographen ein: einfacher als ein Gitterspektrometer, aber präziser als ein breitbandiger Spiegel und kompakter als ein drehendes Dispersionsprisma, das nicht für Retroreflexion vorgesehen ist.