Totálny vnútorný odraz

Vnútorný odraz- jav odrazu elektromagnetických vĺn od rozhrania medzi dvoma priehľadnými médiami za predpokladu, že vlna dopadá z prostredia s vyšším indexom lomu.

Neúplná vnútorná reflexia- vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu je menší ako kritický uhol. V tomto prípade sa lúč rozdelí na lomený a odrazený.

Totálny vnútorný odraz- vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu presahuje určitý kritický uhol. V tomto prípade sa dopadajúca vlna úplne odráža a hodnota koeficientu odrazu presahuje svoje najvyššie hodnoty pre leštené povrchy. Okrem toho koeficient odrazu pre celkový vnútorný odraz nezávisí od vlnovej dĺžky.

Tento optický jav je pozorovaný pre široké spektrum elektromagnetického žiarenia vrátane röntgenového rozsahu.

V rámci geometrickej optiky je vysvetlenie javu triviálne: na základe Snellovho zákona a berúc do úvahy, že uhol lomu nemôže presiahnuť 90°, dostaneme, že pri uhle dopadu, ktorého sínus je väčší ako pomer menší index lomu k väčšiemu koeficientu, elektromagnetická vlna by sa mala úplne odrážať do prvého prostredia.

V súlade s vlnovou teóriou javu elektromagnetické vlnenie predsa len preniká do druhého prostredia – šíri sa tam takzvaná „nerovnomerná vlna“, ktorá sa exponenciálne rozpadá a neunáša so sebou energiu. Charakteristická hĺbka prieniku nehomogénnej vlny do druhého prostredia je rádovo vlnovej dĺžky.

Celkový vnútorný odraz svetla

Zvážte vnútorný odraz pomocou príkladu dvoch monochromatických lúčov dopadajúcich na rozhranie medzi dvoma médiami. Lúče dopadajú zo zóny hustejšieho prostredia (označené tmavšou modrou) s indexom lomu na hranicu s menej hustým prostredím (označené svetlomodrou farbou) s indexom lomu.

Červený lúč dopadá pod uhlom , teda na hranici média sa rozdvojuje - čiastočne sa láme a čiastočne odráža. Časť lúča sa láme pod uhlom.

Zelený lúč dopadá a je úplne odrazený src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Úplný vnútorný odraz v prírode a technike

Odraz röntgenových lúčov

Refrakciu röntgenových lúčov pri dopade na pastvu prvýkrát sformuloval M. A. Kumakhov, ktorý vyvinul röntgenové zrkadlo, a teoreticky to zdôvodnil Arthur Compton v roku 1923.

Iné vlnové javy

Preukázanie lomu, a tým aj vplyvu úplného vnútorného odrazu, je možné napríklad pre zvukové vlny na povrchu a v objeme kvapaliny pri prechode medzi zónami s rôznou viskozitou alebo hustotou.

Pre lúče pomalých neutrónov sú pozorované javy podobné účinku totálneho vnútorného odrazu elektromagnetického žiarenia.

Ak vertikálne polarizovaná vlna dopadne na rozhranie pod Brewsterovým uhlom, potom bude pozorovaný efekt úplného lomu - nebude tam žiadna odrazená vlna.

Poznámky

Nadácia Wikimedia. 2010.

• Plný dych
• Kompletná zmena

Pozrite si, čo je „Total internal reflection“ v iných slovníkoch:

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- odrazový e-mail. magn. žiarenie (najmä svetlo), keď dopadá na rozhranie medzi dvoma transparentnými médiami z média s vysokým indexom lomu. P. v. o. sa vykonáva, keď uhol dopadu i prekročí určitý hraničný (kritický) uhol ... Fyzická encyklopédia

Totálny vnútorný odraz- Úplný vnútorný odraz. Pri prechode svetla z prostredia s n1 > n2 nastáva úplný vnútorný odraz, ak je uhol dopadu a2 > apr; pod uhlom dopadu a1 Ilustrovaný encyklopedický slovník

Totálny vnútorný odraz- odraz optického žiarenia (Pozri Optické žiarenie) (svetlo) alebo elektromagnetického žiarenia iného rozsahu (napríklad rádiové vlny), keď dopadá na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami od média s vysokým indexom lomu ... .. . Veľká sovietska encyklopédia

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- elektromagnetické vlny, vznikajú pri prechode z prostredia s vysokým indexom lomu n1 do prostredia s nižším indexom lomu n2 pod uhlom dopadu a presahujúcim medzný uhol apr, určený pomerom sinapr=n2/n1. Kompletné…… Moderná encyklopédia

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- TOTÁLNY VNÚTORNÝ ODRAZ, ODRAZ bez lomu svetla na hranici. Keď svetlo prechádza z hustejšieho média (ako je sklo) do média s menšou hustotou (voda alebo vzduch), existuje zóna uhlov lomu, v ktorej svetlo neprechádza cez hranicu ... Vedecko-technický encyklopedický slovník

totálny vnútorný odraz- Odraz svetla z opticky menej hustého média s úplným návratom do média, z ktorého dopadá. [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 79. Fyzikálna optika. Akadémia vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1970] Témy… … Technická príručka prekladateľa

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- elektromagnetické vlny vznikajú, keď dopadajú šikmo na rozhranie medzi 2 médiami, keď žiarenie prechádza z média s vysokým indexom lomu n1 do média s nižším indexom lomu n2 a uhol dopadu i presahuje medzný uhol ... ... Veľký encyklopedický slovník

totálny vnútorný odraz- elektromagnetické vlny, vznikajú pri šikmom dopade na rozhranie medzi 2 médiami, keď žiarenie prechádza z média s vysokým indexom lomu n1 do média s nižším indexom lomu n2 a uhol dopadu i presahuje hraničný uhol ipr. . encyklopedický slovník

Keď sa vlny šíria v médiu, vrátane elektromagnetických, aby ste kedykoľvek našli nové vlnové čelo, použite Huygensov princíp.

Každý bod čela vlny je zdrojom sekundárnych vĺn.

V homogénnom izotropnom prostredí majú vlnové plochy sekundárnych vĺn tvar guľôčok s polomerom v × Dt, kde v je rýchlosť šírenia vlny v prostredí. Vedením obálky vlnoploch sekundárnych vĺn získame v danom čase nové čelo vlny (obr. 7.1, a, b).

Zákon odrazu

Pomocou Huygensovho princípu je možné dokázať zákon odrazu elektromagnetických vĺn na rozhraní medzi dvoma dielektrikami.

Uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu. Dopadajúce a odrazené lúče spolu s kolmicou na rozhranie medzi dvoma dielektrikami ležia v rovnakej rovine.Ð a = Ð b. (7.1)

Na ploché rozhranie SD medzi dvoma médiami (lúče 1 a 2, obr. 7.2) nechajte dopadať rovinnú svetelnú vlnu. Uhol a medzi lúčom a kolmicou na LED sa nazýva uhol dopadu. Ak v danom čase čelo dopadajúcej vlny OB dosiahne bod O, potom podľa Huygensovho princípu tento bod

Ryža. 7.2

začne vyžarovať sekundárne vlnenie. Počas doby Dt = IN 1 /v dopadajúci lúč 2 dosiahne t. O 1 . V tom istom čase predok sekundárnej vlny po odraze v bode O, ktorý sa šíri v rovnakom médiu, dosiahne body pologule, polomer OA \u003d v Dt \u003d BO 1. Nové čelo vlny je znázornené rovina AO ​​1 a smer šírenia je reprezentovaný lúčom OA. Uhol b sa nazýva uhol odrazu. Z rovnosti trojuholníkov OAO 1 a OBO 1 vyplýva zákon odrazu: uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.

Zákon lomu

Opticky homogénne médium 1 sa vyznačuje tým , (7.2)

Pomer n 2 / n 1 \u003d n 21 (7,4)

volal

(7.5)

Pre vákuum n = 1.

V dôsledku disperzie (frekvencie svetla n » 10 14 Hz), napríklad pre vodu n = 1,33, a nie n = 9 (e = 81), ako vyplýva z elektrodynamiky pre nízke frekvencie. Ak je rýchlosť šírenia svetla v prvom médiu v 1 a v druhom - v 2,

Ryža. 7.3

potom za čas Dt dopadajúcej rovinnej vlny prejde vzdialenosť AO 1 v prvom prostredí AO 1 = v 1 Dt. Čelo sekundárnej vlny, excitovanej v druhom prostredí (v súlade s Huygensovým princípom), dosahuje body pologule, ktorej polomer je OB = v 2 Dt. Nové čelo vlny šíriacej sa v druhom prostredí je znázornené rovinou BO 1 (obr. 7.3) a smer jej šírenia predstavujú lúče OB a O 1 C (kolmé na čelo vlny). Uhol b medzi lúčom OB a normálou k rozhraniu medzi dvoma dielektrikami v bode O nazývaný uhol lomu. Z trojuholníkov OAO 1 a OBO 1 vyplýva, že AO 1 \u003d OO 1 sin a, OB \u003d OO 1 sin b.

Ich postoj vyjadruje zákon lomu(zákon Snell):

. (7.6)

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu sa rovná relatívnemu indexu lomu oboch prostredí.

Totálny vnútorný odraz

Ryža. 7.4

Podľa zákona lomu možno na rozhraní dvoch médií pozorovať totálny vnútorný odraz, ak n 1 > n 2, teda Рb >Рa (obr. 7.4). Preto existuje taký medzný uhol dopadu Ða pr, keď Ðb = 90 0 . Potom zákon lomu (7.6) nadobúda nasledujúci tvar:

sin a pr \u003d, (sin 90 0 \u003d 1) (7.7)

S ďalším zvýšením uhla dopadu Ða > Ða pr sa svetlo úplne odráža od rozhrania medzi dvoma médiami.

Takýto jav sa nazýva totálny vnútorný odraz a široko používané v optike, napríklad na zmenu smeru svetelných lúčov (obr. 7. 5, a, b).

Používa sa v ďalekohľadoch, ďalekohľadoch, vláknovej optike a iných optických prístrojoch.

Pri klasických vlnových procesoch, ako je jav totálneho vnútorného odrazu elektromagnetických vĺn, sa pozorujú javy podobné tunelovému efektu v kvantovej mechanike, ktorý súvisí s korpuskulárnymi vlnovými vlastnosťami častíc.

Pri prechode svetla z jedného prostredia do druhého sa totiž pozoruje lom svetla spojený so zmenou rýchlosti jeho šírenia v rôznych prostrediach. Na rozhraní medzi dvoma médiami je lúč svetla rozdelený na dve časti: lomené a odrazené.

Lúč svetla dopadá kolmo na plochu 1 pravouhlého rovnoramenného skleneného hranolu a bez toho, aby sa lámal, dopadá na plochu 2, pozorujeme úplný vnútorný odraz, pretože uhol dopadu (Ða = 45°) lúča na plochu 2 je väčší ako hraničný uhol celkového vnútorného odrazu (pre sklo n 2 = 1,5; Ða pr = 42 0).

Ak je ten istý hranol umiestnený v určitej vzdialenosti H ~ l/2 od plochy 2, potom svetelný lúč prechádza cez plochu 2 * a vychádza z hranolu cez plochu 1 * rovnobežne s lúčom dopadajúcim na plochu 1. Intenzita J prenášaný svetelný tok exponenciálne klesá so zväčšujúcou sa medzerou h medzi hranolmi podľa zákona:

,

kde w je určitá pravdepodobnosť prechodu lúča do druhého prostredia; d je koeficient závislý od indexu lomu látky; l je vlnová dĺžka dopadajúceho svetla

Preto je prienik svetla do „zakázanej“ oblasti optickou obdobou efektu kvantového tunelovania.

Fenomén úplného vnútorného odrazu je skutočne úplný, pretože v tomto prípade sa všetka energia dopadajúceho svetla odráža na rozhraní medzi dvoma médiami, než keď sa odráža napríklad od povrchu kovových zrkadiel. Pomocou tohto javu možno vysledovať ďalšiu analógiu medzi lomom a odrazom svetla na jednej strane a Vavilov-Čerenkovovým žiarením na strane druhej.

RUŠENIE VLNY

7.2.1. Úloha vektorov a

V praxi sa v reálnych médiách môže súčasne šíriť niekoľko vĺn. V dôsledku pridania vĺn sa pozoruje množstvo zaujímavých javov: interferencia, difrakcia, odraz a lom vĺn atď.

Tieto vlnové javy sú charakteristické nielen pre mechanické vlnenie, ale aj pre elektrické, magnetické, svetelné atď. Všetky elementárne častice majú aj vlnové vlastnosti, čo dokázala kvantová mechanika.

Jeden z najzaujímavejších vlnových javov, ktorý sa pozoruje, keď sa v médiu šíria dve alebo viac vĺn, sa nazýva interferencia. Opticky homogénne médium 1 sa vyznačuje tým absolútny index lomu , (7.8)

kde c je rýchlosť svetla vo vákuu; v 1 - rýchlosť svetla v prvom médiu.

Médium 2 je charakterizované absolútnym indexom lomu

kde v 2 je rýchlosť svetla v druhom médiu.

pomer (7,10)

volal relatívny index lomu druhého média vo vzťahu k prvému. Pre priehľadné dielektrika, kde m = 1, pomocou Maxwellovej teórie, príp

kde e1,e2 sú permitivity prvého a druhého média.

Pre vákuum je n = 1. V dôsledku disperzie (frekvencie svetla n » 10 14 Hz), napríklad pre vodu, n = 1,33, a nie n = 9 (e = 81), ako vyplýva z elektrodynamiky pre nízke frekvencie. Svetlo sú elektromagnetické vlny. Preto je elektromagnetické pole určené vektormi a , ktoré charakterizujú sily elektrického a magnetického poľa. V mnohých procesoch interakcie svetla s hmotou, ako je pôsobenie svetla na zrakové orgány, fotobunky a iné zariadenia, však rozhodujúcu úlohu zohráva vektor, ktorý sa v optike nazýva vektor svetla.

Šírenie elektromagnetických vĺn v rôznych médiách sa riadi zákonmi odrazu a lomu. Z týchto zákonov za určitých podmienok vyplýva jeden zaujímavý efekt, ktorý sa vo fyzike nazýva úplný vnútorný odraz svetla. Pozrime sa bližšie na to, aký je tento efekt.

Odraz a lom

Predtým, ako pristúpime priamo k úvahe o vnútornom totálnom odraze svetla, je potrebné vysvetliť procesy odrazu a lomu.

Odrazom sa rozumie zmena smeru pohybu svetelného lúča v tom istom médiu, keď narazí na rozhranie. Napríklad, ak smerujete z laserového ukazovátka na zrkadlo, môžete pozorovať opísaný efekt.

Refrakcia je, podobne ako odraz, zmena smeru pohybu svetla, nie však v prvom, ale v druhom médiu. Výsledkom tohto javu bude skreslenie obrysov predmetov a ich priestorového usporiadania. Bežným príkladom lomu svetla je zlomenie ceruzky alebo pera, ak je vložený do pohára s vodou.

Lom a odraz spolu súvisia. Takmer vždy sú prítomné spolu: časť energie lúča sa odráža a druhá časť sa láme.

Oba javy sú výsledkom aplikácie Fermatovho princípu. Tvrdí, že svetlo sa pohybuje po trajektórii medzi dvoma bodmi, ktorá mu zaberie najmenej času.

Keďže odraz je efekt, ktorý sa vyskytuje v jednom médiu a lom sa vyskytuje v dvoch médiách, je dôležité, aby obe médiá boli transparentné pre elektromagnetické vlny.

Pojem index lomu

Index lomu je dôležitá veličina pre matematický popis uvažovaných javov. Index lomu konkrétneho média sa určuje takto:

Kde c a v sú rýchlosti svetla vo vákuu a v hmote. Hodnota v je vždy menšia ako c, takže exponent n bude väčší ako jedna. Bezrozmerný koeficient n ukazuje, koľko svetla v látke (médiu) bude zaostávať za svetlom vo vákuu. Rozdiel medzi týmito rýchlosťami vedie k objaveniu sa javu lomu.

Rýchlosť svetla v hmote koreluje s hustotou hmoty. Čím je médium hustejšie, tým ťažšie sa v ňom pohybuje svetlo. Napríklad pre vzduch n = 1,00029, teda takmer ako pre vákuum, pre vodu n = 1,333.

Odrazy, lom a ich zákony

Pozoruhodným príkladom výsledku úplného odrazu sú lesklé povrchy diamantu. Index lomu diamantu je 2,43, takže mnohé svetelné lúče dopadajúce na drahokam zažijú niekoľko totálnych odrazov, kým ho opustia.

Problém určenia kritického uhla θc pre diamant

Zoberme si jednoduchý problém, kde si ukážeme, ako použiť vyššie uvedené vzorce. Je potrebné vypočítať, ako veľmi sa zmení kritický uhol úplného odrazu, ak sa diamant umiestni zo vzduchu do vody.

Po pohľade na hodnoty indexov lomu uvedených médií v tabuľke ich vypíšeme:

• pre vzduch: n1 = 1,00029;
• pre vodu: n2 = 1,333;
• pre diamant: n3 = 2,43.

Kritický uhol pre pár diamant-vzduch je:

θ c1 \u003d arcsin (n 1 / n 3) \u003d arcsin (1,00029 / 2,43) ≈ 24,31 o.

Ako vidíte, kritický uhol pre túto dvojicu médií je dosť malý, to znamená, že len tie lúče môžu opustiť diamant do vzduchu, ktorý bude bližšie k normálu ako 24,31 o.

Pre prípad diamantu vo vode dostaneme:

θ c2 \u003d arcsin (n 2 / n 3) \u003d arcsin (1,333 / 2,43) ≈ 33,27 o.

Zvýšenie kritického uhla bolo:

Δθ c \u003d θ c2 - θ c1 ≈ 33,27 o - 24,31 o \u003d 8,96 o.

Toto mierne zvýšenie kritického uhla pre úplný odraz svetla v diamante vedie k tomu, že sa vo vode leskne takmer rovnako ako vo vzduchu.

Na obrázku aznázorňuje normálny lúč, ktorý prechádza rozhraním vzduch-plexisklo a vychádza z plexiskla bez toho, aby sa vychýlil, keď prechádza cez dve rozhrania medzi plexisklom a vzduchom. Na obrázku b znázorňuje lúč svetla, ktorý normálne vstupuje do polkruhovej dosky bez vychýlenia, ale zviera uhol y s normálou v bode O vo vnútri dosky z plexiskla. Keď lúč opustí hustejšie médium (plexisklo), rýchlosť jeho šírenia v prostredí s menšou hustotou (vzduch) sa zvýši. Preto sa láme a zviera s normálou vo vzduchu uhol x, ktorý je väčší ako y.



Na základe skutočnosti, že n \u003d sin (uhol, ktorý lúč zviera s normálou vo vzduchu) / sin (uhol, ktorý lúč zviera s normálou v médiu), plexisklo n n \u003d sin x / sin y. Ak sa vykoná niekoľko meraní x a y, index lomu plexiskla sa môže vypočítať spriemerovaním výsledkov pre každý pár hodnôt. Uhol y možno zväčšiť pohybom zdroja svetla pozdĺž oblúka kruhu so stredom v bode O.

Výsledkom je zväčšovanie uhla x, kým sa nedosiahne poloha znázornená na obrázku. v t.j. kým sa x nestane rovným 90 o. Je jasné, že uhol x nemôže byť väčší. Uhol, ktorý teraz lúč zviera s normálou vo vnútri plexiskla, sa nazýva kritický alebo medzný uhol s(je to uhol dopadu na hranici od hustejšieho prostredia k menej hustému, keď uhol lomu v menej hustom prostredí je 90°).

Zvyčajne sa pozoruje slabý odrazený lúč, ako aj jasný lúč, ktorý sa láme pozdĺž rovného okraja dosky. Je to dôsledok čiastočnej vnútornej reflexie. Všimnite si tiež, že pri použití bieleho svetla sa svetlo objavujúce sa pozdĺž rovného okraja rozloží na farby spektra. Ak sa svetelný zdroj posunie ďalej okolo oblúka, ako na obrázku G, takže I vo vnútri plexiskla sa zväčší ako kritický uhol c a na rozhraní medzi dvoma médiami nedochádza k lomu. Namiesto toho lúč zažíva úplný vnútorný odraz pod uhlom r vzhľadom na normálu, kde r = i.

Stať sa totálny vnútorný odraz, uhol dopadu i sa musí merať vo vnútri hustejšieho média (plexiskla) a musí byť väčší ako kritický uhol c. Všimnite si, že zákon odrazu platí aj pre všetky uhly dopadu väčšie ako kritický uhol.

Kritický uhol diamantu je len 24°38". Jeho „iskrenie" teda závisí od ľahkosti, s akou dochádza k viacnásobnému totálnemu vnútornému odrazu, keď je osvetlený svetlom, čo do značnej miery závisí od šikovného brúsenia a leštenia na zvýšenie tohto efektu. je určené, že n = 1 /sin s, takže presné meranie kritického uhla c určí n.

Štúdia 1. Určte n pre plexisklo nájdením kritického uhla

Umiestnite polkruhovú plexisklovú dosku do stredu veľkého bieleho papiera a opatrne obkreslite jej obrysy. Nájdite stred O rovného okraja dosky. Pomocou uhlomeru zostrojte normálny NO kolmý na túto rovnú hranu v bode O. Premiestnite platňu v jej obryse. Pohybujte svetelným zdrojom okolo oblúka doľava od NO, pričom dopadajúci lúč smerujte do bodu O. Keď lomený lúč sleduje priamku, ako je znázornené na obrázku, označte dráhu dopadajúceho lúča tromi bodmi P 1, P2 a P3.



Doštičku dočasne vyberte a spojte tieto tri body priamkou, ktorá by mala prechádzať cez O. Pomocou uhlomeru zmerajte kritický uhol c medzi nakresleným dopadajúcim lúčom a normálou. Opäť opatrne umiestnite platňu do jej obrysu a zopakujte to, čo ste urobili predtým, ale tentoraz posuňte svetelný zdroj okolo oblúka doprava od NO, pričom lúč nasmerujte nepretržite na bod O. Zaznamenajte dve namerané hodnoty c do výsledkov tabuľku a určte priemernú hodnotu kritického uhla c. Potom určte index lomu n n pre plexisklo pomocou vzorca n n = 1 /sin s.


Na zariadení na výskum 1 je možné ukázať aj to, že pre svetelné lúče šíriace sa v hustejšom prostredí (plexisklo) a dopadajúce na rozhranie „plexisklo – vzduch“ pod uhlami väčšími ako je kritický uhol c, je uhol dopadu i rovný uhlové odrazy r.

Štúdia 2. Skontrolujte zákon odrazu svetla pre uhly dopadu väčšie ako kritický uhol

Položte polkruhovú dosku z plexiskla na veľký list bieleho papiera a opatrne obkreslite jej obrysy. Ako v prvom prípade nájdite stred O a postavte normálne NO. Pre plexisklo je kritický uhol c = 42°, preto sú uhly dopadu i > 42° väčšie ako kritický uhol. Pomocou uhlomeru zostrojte lúče v uhloch 45°, 50°, 60°, 70° a 80° k normále NO.

Opäť opatrne umiestnite plexisklovú dosku do jej obrysu a nasmerujte lúč svetla zo svetelného zdroja pozdĺž línie 45°. Lúč prejde do bodu O, odrazí sa a objaví sa z oblúkovej strany dosky na druhej strane normály. Označte tri body P 1 , P 2 a P 3 na odrazenom lúči. Dočasne odstráňte platňu a spojte tri body priamkou, ktorá by mala prechádzať bodom O.



Pomocou uhlomeru zmerajte uhol odrazu r medzi odrazeným lúčom a výsledky zapíšte do tabuľky. Opatrne umiestnite platňu v jej obryse a opakujte pre uhly 50°, 60°, 70° a 80° k normále. Hodnotu r zapíšte na príslušné miesto v tabuľke výsledkov. Nakreslite uhol odrazu r proti uhlu dopadu i. Priamy graf vynesený v rozsahu uhlov dopadu od 45° do 80° bude postačovať na preukázanie, že uhol i sa rovná uhlu r.

Limitný uhol úplného odrazu je uhol dopadu svetla na rozhranie medzi dvoma médiami, ktorý zodpovedá uhlu lomu 90 stupňov.

Vláknová optika je odvetvie optiky, ktoré študuje fyzikálne javy, ktoré sa vyskytujú a vyskytujú sa v optických vláknach.

4. Šírenie vĺn v opticky nehomogénnom prostredí. Vysvetlenie zakrivenia lúčov. Mirages. Astronomická refrakcia. Nehomogénne médium pre rádiové vlny.

Mirage je optický jav v atmosfére: odraz svetla na hranici medzi ostro rozdielnymi vrstvami vzduchu v hustote. Pre pozorovateľa takýto odraz spočíva v tom, že spolu so vzdialeným objektom (alebo úsekom oblohy) je viditeľný jeho imaginárny obraz, posunutý vzhľadom na objekt. Mirage sa delia na spodné, viditeľné pod objektom, horné, nad objektom a bočné.

podradná fatamorgána

Pozoruje sa s veľmi veľkým vertikálnym teplotným gradientom (klesajúcim s výškou) na prehriatom rovnom povrchu, často na púšti alebo asfaltovej ceste. Imaginárny obraz oblohy vytvára ilúziu vody na povrchu. Takže cesta, ktorá ide do diaľky v horúcom letnom dni, sa zdá byť mokrá.

nadradená fatamorgána

Pozorujeme ho nad studeným zemským povrchom s inverzným rozložením teplôt (rastie so svojou výškou).

Fata Morgana

Komplexné javy fatamorgány s ostrým skreslením vzhľadu predmetov sa nazývajú Fata Morgana.

objemová fatamorgána

V horách je za určitých podmienok veľmi zriedkavé, že môžete vidieť „skreslené ja“ na pomerne blízku vzdialenosť. Tento jav sa vysvetľuje prítomnosťou „stagnujúcej“ vodnej pary vo vzduchu.

Astronomická refrakcia - jav lomu svetelných lúčov od nebeských telies pri prechode atmosférou / Keďže hustota planetárnych atmosfér s výškou vždy klesá, lom svetla nastáva tak, že pri svojej konvexnosti sa zakrivený lúč vo všetkých prípady stoja za zenitom. V tomto ohľade refrakcia vždy „zdvihne“ obrazy nebeských telies nad ich skutočnú polohu.

Refrakcia spôsobuje na Zemi množstvo opticko-atmosférických efektov: nárast zemepisná dĺžka dňa v dôsledku toho, že slnečný kotúč v dôsledku lomu vychádza nad horizont o niekoľko minút skôr ako v okamihu, keď by na základe geometrických úvah muselo vyjsť Slnko; sploštenie viditeľných diskov Mesiaca a Slnka blízko horizontu v dôsledku skutočnosti, že spodný okraj diskov stúpa lomom vyššie ako horný; blikanie hviezd atď. V dôsledku rozdielu v lomoch svetelných lúčov s rôznymi vlnovými dĺžkami (modré a fialové lúče sa odchyľujú viac ako červené), dochádza pri obzore k zjavnému sfarbeniu nebeských telies.

5. Pojem lineárne polarizovaná vlna. Polarizácia prirodzeného svetla. nepolarizované žiarenie. dichroické polarizátory. Polarizátor a analyzátor svetla. Malusov zákon.

Polarizácia vlny- fenomén porušenia symetrie rozloženia porúch v priečne vlna (napríklad sila elektrických a magnetických polí v elektromagnetických vlnách) vzhľadom na smer jej šírenia. AT pozdĺžne Vo vlne polarizácia nemôže vzniknúť, pretože poruchy tohto typu vĺn sa vždy zhodujú so smerom šírenia.

lineárne - oscilácie poruchy sa vyskytujú v jednej rovine. V tomto prípade sa hovorí o rovinne polarizované mávať";

kruhový - koniec vektora amplitúdy opisuje kružnicu v rovine kmitania. V závislosti od smeru otáčania vektora, správny alebo vľavo.

Polarizácia svetla je proces zefektívnenia kmitov vektora intenzity elektrického poľa svetelnej vlny pri prechode svetla cez určité látky (pri lomu) alebo pri odraze svetelného toku.

Dichroický polarizátor obsahuje film obsahujúci aspoň jednu dichroickú organickú látku, ktorej molekuly alebo fragmenty molekúl majú rovinnú štruktúru. Aspoň časť filmu má kryštalickú štruktúru. Dichroická látka má aspoň jedno maximum spektrálnej absorpčnej krivky v spektrálnych rozsahoch 400 - 700 nm a/alebo 200 - 400 nm a 0,7 - 13 μm. Pri výrobe polarizátora sa na substrát nanesie film obsahujúci dichroickú organickú látku, nanesie sa naň orientačný efekt a vysuší sa. V tomto prípade sa podmienky nanášania filmu a druh a veľkosť orientačného efektu volia tak, aby parameter rádu filmu zodpovedajúci aspoň jednému maximu na spektrálnej absorpčnej krivke v spektrálnom rozsahu 0,7 - 13 μm mal hodnotu najmenej 0,8. Kryštalická štruktúra aspoň časti filmu je trojrozmerná kryštálová mriežka tvorená dichroickými organickými molekulami. EFEKT: rozšírenie spektrálneho rozsahu činnosti polarizátora pri súčasnom zlepšení jeho polarizačných charakteristík.

Malusov zákon je fyzikálny zákon, ktorý vyjadruje závislosť intenzity lineárne polarizovaného svetla po prechode polarizátorom od uhla medzi rovinami polarizácie dopadajúceho svetla a polarizátora.

kde ja 0 - intenzita svetla dopadajúceho na polarizátor, ja je intenzita svetla vychádzajúceho z polarizátora, k a- koeficient priehľadnosti polarizátora.

6. Fenomén Brewster. Fresnelove vzorce pre koeficient odrazu pre vlny, ktorých elektrický vektor leží v rovine dopadu a pre vlny, ktorých elektrický vektor je kolmý na rovinu dopadu. Závislosť koeficientov odrazu od uhla dopadu. Stupeň polarizácie odrazených vĺn.

Brewsterov zákon je zákon optiky, ktorý vyjadruje vzťah indexu lomu s takým uhlom, pod ktorým bude svetlo odrazené od rozhrania úplne polarizované v rovine kolmej na rovinu dopadu a lomený lúč je čiastočne polarizovaný v rovine dopadu a polarizácia lomeného lúča dosahuje svoju najväčšiu hodnotu. Je ľahké zistiť, že v tomto prípade sú odrazené a lomené lúče navzájom kolmé. Zodpovedajúci uhol sa nazýva Brewsterov uhol. Brewsterov zákon: , kde n 21 - index lomu druhého média vo vzťahu k prvému, θ Br je uhol dopadu (Brewsterov uhol). S amplitúdami dopadajúcich (U down) a odrazených (U ref) vĺn v KBV línii súvisí vzťah:

K bv \u003d (U podložka - U neg) / (U podložka + U neg)

Prostredníctvom koeficientu odrazu napätia (K U) sa KBV vyjadruje takto:

K bv \u003d (1 - K U) / (1 + K U) Pri čisto aktívnej povahe zaťaženia sa KBV rovná:

K bv \u003d R / ρ pri R< ρ или

Kbv = ρ / R pri R ≥ ρ

kde R je aktívny odpor záťaže, ρ je vlnový odpor vedenia

7. Pojem interferencie svetla. Pridanie dvoch nekoherentných a koherentných vĺn, ktorých polarizačné čiary sa zhodujú. Závislosť intenzity výslednej vlny pri sčítaní dvoch koherentných vĺn od rozdielu ich fáz. Pojem geometrického a optického rozdielu v dráhe vĺn. Všeobecné podmienky pre dodržanie maxima a minima rušenia.

Svetelná interferencia je nelineárne sčítanie intenzít dvoch alebo viacerých svetelných vĺn. Tento jav sprevádzajú striedajúce sa maximá a minimá intenzity v priestore. Jeho rozloženie sa nazýva interferenčný obrazec. Keď svetlo zasahuje, energia sa prerozdeľuje v priestore.

Vlny a zdroje, ktoré ich vzrušujú, sa nazývajú koherentné, ak fázový rozdiel vĺn nezávisí od času. Vlny a zdroje, ktoré ich vzrušujú, sa nazývajú nekoherentné, ak sa fázový rozdiel vĺn mení s časom. Vzorec na rozdiel:

, kde , ,

8. Laboratórne metódy na pozorovanie interferencie svetla: Youngov experiment, Fresnelove biprizmy, Fresnelove zrkadlá. Výpočet polôh maxima a minima interferencie.

Jungov experiment - V experimente je lúč svetla nasmerovaný na nepriehľadné plátno s dvoma paralelnými štrbinami, za ktorými je nainštalované premietacie plátno. Tento experiment demonštruje interferenciu svetla, čo je dôkazom vlnovej teórie. Zvláštnosťou štrbín je, že ich šírka sa približne rovná vlnovej dĺžke vyžarovaného svetla. Vplyv šírky štrbiny na interferenciu je diskutovaný nižšie.

Za predpokladu, že svetlo sa skladá z častíc ( korpuskulárna teória svetla), potom by na premietacom plátne bolo vidieť len dva paralelné pásy svetla prechádzajúce cez štrbiny plátna. Medzi nimi by premietacie plátno zostalo prakticky neosvetlené.

Fresnelov dvojhranol - vo fyzike - dvojitý hranol s veľmi malými uhlami vo vrcholoch.
Fresnelov biprizm je optické zariadenie, ktoré umožňuje, aby jeden svetelný zdroj vytvoril dve koherentné vlny, ktoré umožňujú pozorovať stabilný interferenčný obrazec na obrazovke.
Frenkelov dvojhranol slúži ako prostriedok na experimentálny dôkaz vlnovej povahy svetla.

Fresnelove zrkadlá sú optické zariadenie navrhnuté v roku 1816 O. J. Fresnelom na pozorovanie fenoménu interferenčne koherentných svetelných lúčov. Zariadenie pozostáva z dvoch plochých zrkadiel I a II, ktoré zvierajú dihedrálny uhol, ktorý sa líši od 180° len o niekoľko uhlových minút (pozri obr. 1 v položke Interferencia svetla). Keď sú zrkadlá osvetlené zo zdroja S, lúče lúčov odrazené od zrkadiel možno považovať za pochádzajúce z koherentných zdrojov S1 a S2, čo sú imaginárne obrazy S. V priestore, kde sa lúče prekrývajú, dochádza k interferencii. Ak je zdroj S lineárny (štrbinový) a rovnobežný s okrajom FZ, potom pri osvetlení monochromatickým svetlom je na obrazovke M pozorovaný interferenčný obrazec vo forme ekvidištantných tmavých a svetlých pruhov rovnobežných so štrbinou, ktorú je možné nainštalovať kdekoľvek v oblasti prekrytia lúčov. Vzdialenosť medzi pásmi môže byť použitá na určenie vlnovej dĺžky svetla. Experimenty uskutočnené s PV boli jedným z rozhodujúcich dôkazov vlnovej povahy svetla.

9. Interferencia svetla v tenkých vrstvách. Podmienky pre vznik svetlých a tmavých pásov v odrazenom a prechádzajúcom svetle.

10. Pásy rovnakého sklonu a pásy rovnakej hrúbky. Newtonove interferenčné krúžky. Polomery tmavých a svetlých prstencov.

11. Interferencia svetla v tenkých vrstvách pri normálnom dopade svetla. Osveta optických zariadení.

12. Michelsonove a Jaminove optické interferometre. Stanovenie indexu lomu látky pomocou dvojlúčových interferometrov.

13. Koncept viaccestnej interferencie svetla. Fabry-Perotov interferometer. Sčítanie konečného počtu vĺn rovnakých amplitúd, ktorých fázy tvoria aritmetickú postupnosť. Závislosť intenzity výsledného vlnenia od fázového rozdielu rušivých vĺn. Podmienka pre vznik hlavných maxím a miním rušenia. Povaha viaclúčového interferenčného vzoru.

14. Pojem vlnovej difrakcie. Vlnový parameter a hranice použiteľnosti zákonov geometrickej optiky. Huygensov-Fresnelov princíp.

15. Metóda Fresnelových zón a dôkaz priamočiareho šírenia svetla.

16. Fresnelova difrakcia kruhovým otvorom. Polomery Fresnelovej zóny pre sférické a rovinné vlny.

17. Difrakcia svetla na nepriehľadnom disku. Výpočet plochy Fresnelových zón.

18. Problém zväčšenia amplitúdy vlny pri prechode cez okrúhly otvor. Doštičky amplitúdovej a fázovej zóny. Zaostrovacie a zónové platne. Zaostrovacia šošovka ako limitné puzdro dosky so stupňovitou fázou. Zónové šošovky.