Prismensystem

Eine Prismenkette ist eine Reihe von optischen Prismen, die nacheinander entlang eines Lichtstrahls angeordnet sind. Jedes Prisma bricht das Licht, um die Gesamtwinkelaufspaltung verschiedener Wellenlängen zu erhöhen. Anstatt sich auf ein einzelnes Prisma zur Zerlegung von weißem Licht in sein Spektrum zu verlassen, nutzt eine Prismenkette zwei, drei oder mehr Prismen, die so angeordnet sind, dass Licht aus einem Prisma in das nächste eintritt. In jeder Stufe wird die Dispersion weiter erhöht. Der kumulative Effekt ergibt eine deutlich schärfere spektrale Auflösung, als ein einzelnes Prisma erreichen könnte. Das ist wesentlich, wenn eng beieinander liegende Spektrallinien unterschieden werden sollen.

Die Anordnung ist entscheidend. In einer typischen Konfiguration sind die Prismen so orientiert, dass ihre Brechungswinkel zusammenwirken. Licht tritt unter einem Winkel ins erste Prisma ein, der so gewählt ist, dass die Abweichung minimiert und die Dispersion maximiert wird. Der teilweise aufgespaltene Strahl tritt dann unter ähnlich optimierten Winkeln in die zweiten oder weiteren Prismen ein. Die Prismen werden oft aus Glastypen mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion hergestellt, beispielsweise Flintglas, um die Brechungswirkung pro Stufe zu maximieren. Abstand und Ausrichtung sind kritisch: Selbst kleine Verschiebungen verschlechtern die spektrale Reinheit und Auflösung des Ausgangsstrahls.

Prismenketten sind am häufigsten in Spektroskopen und Spektrographen zu finden, wo sie einzelne Prismensysteme ersetzen oder ergänzen. Eine Dreier-Prismenkette war Standard in vielen Laborspektroskopen und astronomischen Spektroskopen des 20. Jahrhunderts. Der Vorteil gegenüber einem einzelnen großen Prisma besteht darin, dass eine Kette von kleineren Prismen leichter mit hoher optischer Qualität herzustellen ist, starrer montiert werden kann und eine feinere Kontrolle der Dispersion durch Justage einzelner Prismen ermöglicht. Ein Nachteil ist, dass jede Luft-Glas-Grenzfläche Reflexionsverluste mit sich bringt, die die Lichttransmission verringern. Entspiegelungsschichten helfen, dies zu mindern.

Der Begriff "Kette" spiegelt die mechanische Struktur wider: Prismen sind in einer linearen oder annähernd linearen Reihe angeordnet, ähnlich wie Waggons auf einer Schiene. In manchen Ausführungen sind alle Prismen in einer einzigen rotierenden Einheit untergebracht, sodass sie zusammen verstellt werden können, um ein Spektrum abzurastern. In anderen sind sie fest angebracht und Lichtquelle oder Detektor werden relativ zu ihnen bewegt. Prismenketten sind in der modernen Spektroskopie weniger dominant geworden und wurden durch Beugungsgitter und elektronische Array-Detektoren verdrängt. Sie bleiben aber in der hochauflösenden UV- und Sichtbarspektroskopie im Einsatz, wo ihre achromatischen Eigenschaften und niedriges Streulicht geschätzt werden.