Fyroptik
fyroptik avlänkning av ljus med linser, prismor och/eller speglande ytor använt i fyrar.
Om ljuskällan är punktformad
En punktformad ljuskälla, till exempel ett stearinljus, sänder ut lika mycket ljus i alla riktningar: uppåt, nedåt och åt sidorna. Endast en bråkdel träffar observatören.
I fyrar kan den punktformiga ljuskällan vara en oljelampa, en dito med fotogen eller en glödlampa (elektriskt ljus)
För att ljuset skall synas bättre kan man koncentrera strålarna till ett eller flera knippen. Med linser, prismor och / eller reflektorer (speglar) samlas strålarna i en fyr och länkas med en riktverkan lik den man får i en strålkastare.
Ju större omslutande rymdvinkel man kan använda runt ljuskällan, desto fler strålar kan samlas in och skickas ut i ett knippe.
Linsen samlar ljuset
En lins som samlar ljus är tjockast på mitten. Ena sidan buktar ut, dvs är konvex. Andra sidan kan vara plan, konvex eller rent av urgröpt (konkav), förutsatt att linsen fortfarande är tjockast på mitten. Ljuset bryts, dvs vinklas, åt det håll glaset är tjockast till en punkt. För en lins kallas den för brännpunkt (fokus). Samma ord används för en spegel med parabolisk form.
Stora linser av glas är en utmaning att tillverka. De är svåra att gjuta utan sliror och inneslutna luftblåsor, deformeras vid svalning, spricker lätt vid avkylning, är omständliga att slipa. Men de blir framför allt väldigt tunga och svåra att hantera.
Ta bort det man inte behöver
1820 lyckades fransmannen Augustine Fresnel med en genial konstruktion.
Man kan lättare förstå den om man utgår från en plankonvex lins och tänker sig att den ligger på ett bord med plana sidan nedåt.
- Sedan tänker man sig att den jäms med bordsytan skärs upp i ett antal tunna skivor.
- Sedan skär man från varje skiva bort den del som är plan.
- Den plana delen kastar man bort. Den är ju i optisk mening som ett fönsterglas. Den påverkar inte ljusets brytning.
- Kvar är ett antal ringar och den runda kullen i mitten.
Ringarna med kullen i mitten har tillsammans precis samma optiska egenskap som linsen man utgick ifrån. Men vikten är bara en bråkdel. Och, om man så önskar, kan delarna tillverkas var för sig.
(För enkelhets skull är i figuren nedan linsen skuren i endast tre skivor och med de "bortskurna" delarna skuggade.)
Planlins
På så vis har han fått fram ett platt och jämförelsevis lätt linssystem bestående av ett antal delar.
- Planlinsen var uppfunnen! Den kallas efter sin uppfinnare även Fresnellins.
- Planlinsen sänder ut ljusstrålarna koncentrerade till en pekpinneformad ljuskägla.
- Den utnyttjas idag även i overhead-projektorer, platta förstoringsglas, platta TV-apparater, ... . För dessa ändamål görs den numera i ett stycke från en plan skiva med inslipade eller ingjutna ringar.
För användning som fyrlins förbättrades konstruktionen under mitten av 1800-talet av de två engelsmännen Alan Stevenson och James Timmens Chance.
Den första fyr med linsapparat och planlins i form av Fresnellins, och dessutom försedd med roterande anordning på en vertikal axel, var Cordouan i Frankrike.
- Rotationen av linssystemet gav fyrljuset dess fyrkaraktär.
Trumlins
På liknande sätt kan man tänka sig en gördel- eller trumformad lins horisontellt runt ljuskällan.
- Den kan då göras tunnare och lättare om man tar bort det glas som inte behövs för den optiska funktionen.
- På den centrala delen görs den med tunnare baksida än annars medan den över resp under centrum tillförs prismaliknande linsinslipningar.
- Då har vi konstruktionen för en trumlins.
- Den sänder ut ljuset i form av en horisontell skiva med lika styrka horisonten runt.
Krona och krans
I ett system med planlins eller trumlins kan man samla in och sända vidare fler ljusstrålar om det förses med något som reflekterar de strålar som smiter ovanför respektive under linsen.
Det man placerar över kallas krona. Det man placerar under kallas krans. För de först tillverkade planlinserna använde man folierad spegel.
Senare gjorde man dem som ett antal separata ringar av totalreflekterande prismor i glas
Dioptrisk, catoptrisk, catadioptrisk
Den brytning av ljus som erhålls i en planlins eller trumlins kallas dioptrisk. Jämför ordet dioptri som används för att ange styrkan på glasögon och liknande.
- Dioptrisk brytning sker utan totalreflektion på samma sätt som i en glasögonlins.
Den brytning av ljus som erhålls med totalreflekterande prismor, exempelvis i krans, krona eller spegellins, kallas catoptrisk.
- Catoptrisk brytning sker (enbart) med totalreflektion
I sammansatta och mer komplexa linser kan brytning ske dioptriskt i vissa delar och catoptriskt i andra. Systemet eller linsen kallas då catadiotrisk.
- Catadioptrisk brytning sker i vissa delar utan, i andra delar med, totalreflektion.
Materialet glas
Glas är visserligen ett beständigt material, men de optiska egenskaperna försämras med tiden på grund av yttre faktorer som putsning och rengöring. Den för fyrlinser använda kvaliteten av glas är av typ kristallglas. Det har en mjukare yta än till exempel fönsterglas. Men det är valt för att det vid tillverkningen lämpar sig för att slipa och polera.
Reflektor
Spegling kan åstadkommas med
- reflektorer/speglar eller
- totalreflekterande prismor (spegellins)
Den paraboliska spegeln samlar ljuset
Om reflektorn / spegeln har parabolisk form samlar den ljuset på motsvarande sätt som en planlins till en "pekpinne".
En variant av parabolisk reflektor är den för sideralsken. Den samlar ljuset på motsvarande sätt som en trumlins till en skiva.
Se fyrljusreflektor.
Sverige 1872
1872 var i Sverige 50 linsapparater i bruk.
- 2 st av 1:a ordningen (Häradskär resp Pater Noster),
- 14 st av 2:a ordningen, 11 st av 3:e, 7 st av 4:e, 5 st av 5:e samt 1 st av 6:e ordningen.
- Linsapparaterna var dels av typ stillastående trumlins (fast sken),
- dels omgående planlins (blänk resp tindrande),
- dels sammansatta (fast sken med blänk) dvs med en roterande trumlins där del av omkretsen ersatts med planlins eller
- stillastående trumlins med omgående planlins(er), så kallad lentilleapparat.
Fortsättning
För linsfyrar, se fyrlins
För spegelfyrar, se fyrljusreflektor
Jfr fyrlins, dioptrisk, trumlins, planlins, totalreflektion, spegellins, ordning, fyrljusreflektor, glas, Fresnel.