Pryzmatem optycznym nazywamy ośrodek załamujący światło, ograniczony nierównoległymi płaszczyznami. Linia przecięcia obu płaszczyzn nosi nazwę krawędzi łamiącej, a kąt przestrzenny zawarty między płaszczyznami nazwany jest kątem łamiącym pryzmatu. Przekrój pryzmatu prostopadły do krawędzi łamiącej nazywamy przekrojem głównym. Pryzmaty ze szkła lub substancji stałej szlifowane są w postaci graniastosłupów trójkątnych, o przekroju głównym w postaci trójkąta.
Jeżeli smukła wiązka światła białego pada na pryzmat pod kątem α , to ulega ona rozszczepieniu na barwną smugę zwaną widmem, którą cechują różne kąty załamania dla różnych barw świateł.
Rozszczepienie światła Odchylenie promienia
białego w pryzmacie jednobarwnego w pryzmacie
Ponieważ kąt padania dla wszystkich barw zawartych w świetle białym jest ten sam, a kąty załamania β są różne. Wobec tego współczynnik załamania :
dla różnych barw jest różny.
Dla każdej substancji współczynniki załamania różnych barw mają określone wartości.
Promień światła jednobarwnego padający na pryzmat pod kątem α1 ulega dwukrotnie załamaniu i wychodzi z niego, doznając odchylenia, którego miarą jest kąt δ. Z konstrukcji geometrycznej przedstawiającej bieg promieni wynika,że
δ = α1-β1 + α2 -β2
δ = α1+α2-(β1+β2)
podstawiając : β1+β2 = ϕ
otrzymujemy :
δ = α1+α2 = ϕ
Kąt odchylenia δ zależy od kąta padania α1 , od współczynnika załamania pryzmatu η ( α2 zależy od η ) i od kąta łamiącego ϕ . Kąt odchylenia osiąga minimum, gdy bieg promieni jest symetryczny w stosunku do pryzmatu, tzn. gdy wewnątrz pryzmatu promień jest prostopadły do dwusiecznej kąta łamiącego. Wówczas α1 = α2 = α oraz β1 = β2 = β , a ostatnie równanie przyjmuje postać :
δmin = 2α - ϕ
Z równania tego wyznaczamy kąt α :
Na podstawie równania β1+β2 = ϕ otrzymujemy :
Podstawiając wartości α i β do wzoru definiującego współczynnik załamania :
otrzymujemy na η następujący wzór :
Mierząc kąt łamiący pryzmatu ϕ oraz kąt minimum odchylenia δmin możemy wyznaczyć współczynnik załamania substancji, z której wykonany jest pryzmat. Aby zmierzyć współczynnik załamania cieczy, nalewamy ją do pryzmatu pustego, wykonanego z płytek płasko - równoległych, które nie zmieniają kierunku promieni, a powodują jedynie nieznaczne przesunięcie równoległe. Pomiar obu kątów przeprowadzamy przy pomocy spektrometru.
Gdy promień świetlny biegnie z ośrodka optycznie rzadszego do optycznie gęstszego, np. z powietrza do wody, wówczas ulega on załamaniu, zbliżając się w ośrodku gęstszym ku normalnej. W przypadku biegu odwrotnego promień załamany oddala się od normalnej ( zasada odwracalności biegu promienia ). Przyczyną załamania jest zmiana prędkości światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego. Okazuje się, że różnym kątom padania α1, α2, α3 ... odpowiadają różne kąty załamania β1, β2, β3 ... Istnieje jednak prawidłowy związek między różnymi kątami padania i załamania, wyrażony prawem Snelliusa :
Współczynnik załamania wyraża się również stosunkiem prędkości światła w obu ośrodkach :
gdzie v1 - oznacza prędkość światła w ośrodku (1) , v2 - prędkość światła w ośrodku (2)