Úplný vnútorný odraz svetla. Kritický uhol alebo hraničný uhol c a celkový vnútorný odraz

PREDNÁŠKA 23 GEOMETRICKÁ OPTIKA

1. Zákony odrazu a lomu svetla.

2. Dokončiť vnútorný odraz. Vláknová optika.

3. Šošovky. Optická sila šošovky.

4. Aberácie šošovky.

5. Základné pojmy a vzorce.

6. Úlohy.

Pri riešení mnohých problémov súvisiacich so šírením svetla môžete použiť zákony geometrickej optiky založené na myšlienke svetelného lúča ako čiary, pozdĺž ktorej sa šíri energia svetelnej vlny. V homogénnom prostredí sú svetelné lúče priamočiare. Geometrická optika je limitujúcim prípadom vlnovej optiky, pretože vlnová dĺžka má tendenciu k nule (λ →0).

23.1. Zákony odrazu a lomu svetla. Totálny vnútorný odraz, svetlovody

Zákony odrazu

Odraz svetla- jav vyskytujúci sa na rozhraní dvoch prostredí, v dôsledku ktorého svetelný lúč mení smer svojho šírenia, pričom zostáva v prvom prostredí. Charakter odrazu závisí od vzťahu medzi rozmermi (h) nepravidelností odrazovej plochy a vlnovou dĺžkou (λ) dopadajúce žiarenie.

Difúzny odraz

Keď sú nepravidelnosti umiestnené náhodne a ich veľkosti sú rádovo podľa vlnovej dĺžky alebo ju presahujú, difúzny odraz- rozptyl svetla všetkými možnými smermi. Je to vďaka difúznemu odrazu, že nesamosvietiace telesá sa stávajú viditeľnými, keď sa svetlo odráža od ich povrchov.

Zrkadlový odraz

Ak je veľkosť nepravidelností malá v porovnaní s vlnovou dĺžkou (h<< λ), то возникает направленное, или zrkadlo, odraz svetla (obr. 23.1). V tomto prípade sa dodržiavajú nasledujúce zákony.

Dopadajúci lúč, odrazený lúč a normála k rozhraniu medzi dvoma médiami, ťahané cez bod dopadu lúča, ležia v rovnakej rovine.

Uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu:β = a.

Ryža. 23.1. Dráha lúčov počas zrkadlového odrazu

Zákony lomu

Keď svetelný lúč dopadne na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, rozdelí sa na dva lúče: odrazený a lomené(obr. 23.2). Lomený lúč sa šíri v druhom prostredí a mení svoj smer. Optická charakteristika média je absolútne

Ryža. 23.2. Dráha lúčov počas lomu

index lomu,čo sa rovná pomeru rýchlosti svetla vo vákuu k rýchlosti svetla v tomto prostredí:

Smer lomu závisí od pomeru indexov lomu oboch médií. Nasledujúce zákony lomu sú splnené.

Dopadajúci lúč, lomený lúč a normála k rozhraniu medzi dvoma médiami, ťahané cez bod dopadu lúča, ležia v rovnakej rovine.

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota rovnajúca sa pomeru absolútnych indexov lomu druhého a prvého prostredia:

23.2. Totálny vnútorný odraz. Vláknová optika

Uvažujme prechod svetla z prostredia s vyšším indexom lomu n 1 (opticky hustejšie) do prostredia s nižším indexom lomu n 2 (opticky menej husté). Obrázok 23.3 ukazuje lúče dopadajúce na rozhranie sklo-vzduch. Pre sklo je index lomu n 1 = 1,52; pre vzduch n 2 = 1,00.

Ryža. 23.3. Výskyt úplného vnútorného odrazu (n 1 > n 2)

Zväčšenie uhla dopadu vedie k zvýšeniu uhla lomu, kým uhol lomu nedosiahne 90°. Pri ďalšom zvyšovaní uhla dopadu sa dopadajúci lúč neláme, ale plne odrazené od rozhrania. Tento jav sa nazýva totálny vnútorný odraz. Pozoruje sa, keď svetlo dopadá z hustejšieho média na hranicu s menej hustým médiom a pozostáva z nasledovného.

Ak uhol dopadu prekročí limitný uhol pre tieto médiá, potom lom na rozhraní nenastane a dopadajúce svetlo sa úplne odrazí.

Limitný uhol dopadu je určený vzťahom

Súčet intenzít odrazených a lomených lúčov sa rovná intenzite dopadajúceho lúča. Keď sa uhol dopadu zväčšuje, intenzita odrazeného lúča sa zvyšuje a intenzita lomeného lúča klesá a rovná sa nule pre maximálny uhol dopadu.

Vláknová optika

Fenomén úplného vnútorného odrazu sa využíva v flexibilných svetlovodoch.

Ak je svetlo nasmerované na koniec tenkého skleneného vlákna obklopeného plášťom s nižším indexom lomu, svetlo sa bude šíriť pozdĺž vlákna, pričom dôjde k úplnému odrazu na rozhraní skleneného plášťa. Toto vlákno je tzv svetlovod Ohyby svetlovodu neprekážajú pri prechode svetla

V moderných svetlovodoch je strata svetla v dôsledku jeho absorpcie veľmi malá (asi 10% na km), čo umožňuje ich použitie vo vláknovej optike. optické systémy komunikácie. V medicíne sa zväzky tenkých svetlovodov používajú na výrobu endoskopov, ktoré sa používajú na vizuálne vyšetrenie dutých vnútorné orgány(obr. 23.5). Počet vlákien v endoskope dosahuje jeden milión.

Prenos sa uskutočňuje pomocou samostatného svetlovodného kanála umiestneného v spoločnom zväzku laserové žiarenie za účelom terapeutických účinkov na vnútorné orgány.

Ryža. 23.4.Šírenie svetelných lúčov pozdĺž svetlovodu

Ryža. 23.5. Endoskop

Nechýbajú ani prirodzené svetlovody. Napríklad pri bylinné rastliny stonka plní úlohu svetlovodu, dodávajúceho svetlo do podzemnej časti rastliny. Kmeňové bunky tvoria rovnobežné stĺpy, čo pripomína dizajn priemyselných svetlovodov. Ak

Ak osvetlíte takýto stĺpec mikroskopom, uvidíte, že jeho steny zostávajú tmavé a vnútro každej bunky je jasne osvetlené. Hĺbka, do ktorej sa svetlo dostáva týmto spôsobom, nepresahuje 4-5 cm, ale aj taký krátky svetlovod stačí na to, aby presvetlil podzemnú časť bylinky.

23.3. Objektívy. Výkon objektívu

Objektív - priehľadné teleso zvyčajne ohraničené dvoma guľovými plochami, z ktorých každá môže byť konvexná alebo konkávna. Priamka prechádzajúca stredmi týchto gúľ sa nazýva hlavná optická os šošovky(slov Domov zvyčajne sa vynecháva).

Nazýva sa šošovka, ktorej maximálna hrúbka je výrazne menšia ako polomery oboch guľových plôch tenký.

Prechodom cez šošovku svetelný lúč mení smer - je vychýlený. Ak dôjde k odchýlke do strany optická os, potom sa šošovka nazýva zbieranie, inak sa volá šošovka rozptyl.

Každý lúč dopadajúci na zbernú šošovku rovnobežnú s optickou osou po lomu prechádza bodom na optickej osi (F), tzv. hlavne zameranie(obr. 23.6, a). Pre rozptylovú šošovku prechádza cez ohnisko pokračovanie lomený lúč (obr. 23.6, b).

Každá šošovka má dva ohniská umiestnené na oboch stranách. Vzdialenosť od ohniska k stredu šošovky sa nazýva hlavná ohnisková vzdialenosť(f).

Ryža. 23.6. Ohnisko konvergujúcich (a) a divergentných (b) šošoviek

Vo výpočtových vzorcoch sa f berie so znamienkom „+“. zbieraniešošovky a so znakom „-“ pre disperznýšošovky.

Prevrátená hodnota ohniskovej vzdialenosti je tzv Optická sila objektívu: D = 1/f. Jednotka optickej sily - dioptrie(dopter). 1 dioptria je optická mohutnosť šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 m.

Optický výkon tenká šošovka a jej ohnisková vzdialenosť závisia od polomerov guľôčok a indexu lomu materiálu šošovky vzhľadom na životné prostredie:

kde R1, R2 sú polomery zakrivenia povrchov šošoviek; n je index lomu materiálu šošovky vo vzťahu k prostrediu; znamienko „+“ sa používa ako pre konvexné povrchy a znak „-“ je pre konkávne. Jeden z povrchov môže byť plochý. V tomto prípade vezmite R = ∞ , 1/R = 0.

Na vytváranie obrázkov sa používajú šošovky. Uvažujme predmet umiestnený kolmo na optickú os zbernej šošovky a zostrojme obraz jeho horného bodu A. Kolmý na os šošovky bude aj obraz celého predmetu. V závislosti od polohy objektu vzhľadom na šošovku sú možné dva prípady lomu lúčov, znázornené na obr. 23.7.

1. Ak vzdialenosť od objektu k šošovke presahuje ohniskovú vzdialenosť f, potom lúče vyžarované bodom A po prechode šošovkou pretínajú v bode A“, ktorý je tzv skutočný obraz. Získa sa skutočný obraz hore nohami.

2. Ak je vzdialenosť od objektu k šošovke menšia ako ohnisková vzdialenosť f, potom lúče vyžarované bodom A po prechode šošovkou dis-

Ryža. 23.7. Reálne (a) a imaginárne (b) obrazy poskytované zbernou šošovkou

chodia a v bode A" sa ich pokračovania pretínajú. Tento bod sa nazýva imaginárny obraz. Získa sa virtuálny obraz priamy.

Divergujúca šošovka poskytuje virtuálny obraz objektu vo všetkých jeho polohách (obr. 23.8).

Ryža. 23.8. Virtuálny obraz daný divergentnou šošovkou

Používa sa na výpočet obrázka zloženie šošovky, ktorý zakladá súvislosť medzi ustanoveniami bodov a jej snímky

kde f je ohnisková vzdialenosť (pre divergenciu je to negatívny), a 1 - vzdialenosť od objektu k šošovke; a 2 je vzdialenosť od obrazu k šošovke (znamienko „+“ sa používa pre skutočný obraz a znak „-“ pre virtuálny obraz).

Ryža. 23.9. Parametre vzorca objektívu

Pomer veľkosti obrázka k veľkosti objektu sa nazýva lineárny nárast:

Lineárne zvýšenie sa vypočíta podľa vzorca k = a 2 / a 1. Objektív (dokonca tenký) poskytne „správny“ obraz a poslúchne zloženie šošovky, len ak sú splnené tieto podmienky:

Index lomu šošovky nezávisí od vlnovej dĺžky svetla alebo je svetlo dostatočné monochromatické.

Pri získavaní snímok pomocou šošoviek reálny objekty, tieto obmedzenia spravidla nie sú splnené: dochádza k rozptylu; niektoré body objektu ležia mimo optickej osi; dopadajúce svetelné lúče nie sú paraxiálne, šošovka nie je tenká. To všetko vedie k skreslenie snímky. Na zníženie skreslenia šošoviek optické prístroje vyrobené z niekoľkých šošoviek umiestnených blízko seba. Optická mohutnosť takejto šošovky sa rovná súčtu optických mohutností šošoviek:

23.4. Aberácie objektívu

Aberácie- spoločný názov za chyby obrazu vznikajúce pri použití šošoviek. Aberácie (z latinského „aberratio“- odchýlka), ktoré sa prejavujú len v nemonochromatickom svetle, sa nazývajú chromatické. Všetky ostatné typy aberácií sú monochromatický, keďže ich prejav nesúvisí so zložitým spektrálnym zložením skutočného svetla.

1. Sférická aberácia- monochromatické aberácia spôsobená tým, že vonkajšie (okrajové) časti šošovky vychyľujú lúče prichádzajúce z bodového zdroja silnejšie ako jej stredová časť. V dôsledku toho sa vytvárajú periférne a centrálne oblasti šošovky rôzne obrázky(S 2, resp. S" 2) bodového zdroja S 1 (obr. 23.10). Preto sa na ktorejkoľvek pozícii obrazovky objaví obraz vo forme jasného bodu.

Tento typ aberácie je eliminovaný použitím systémov pozostávajúcich z konkávnych a konvexných šošoviek.

Ryža. 23.10. Sférická aberácia

2. Astigmatizmus- monochromatické aberácia spočívajúca v tom, že obraz bodu má tvar eliptickej škvrny, ktorá v určitých polohách obrazovej roviny degeneruje do segmentu.

Astigmatizmus šikmých lúčov sa objaví, keď lúče vychádzajúce z bodu zvierajú významné uhly s optickou osou. Na obrázku 23.11 je bodový zdroj umiestnený na sekundárnej optickej osi. V tomto prípade sa objavia dva obrázky vo forme segmentov priamych čiar umiestnených kolmo na seba v rovinách I a II. Obraz zdroja je možné získať len vo forme rozmazanej škvrny medzi rovinami I a II.

Astigmatizmus v dôsledku asymetrie optický systém. Tento typ astigmatizmu sa vyskytuje, keď je symetria optického systému vo vzťahu k svetelnému lúču narušená v dôsledku konštrukcie samotného systému. S takouto aberáciou šošovky vytvárajú obraz, v ktorom sú obrysy a línie orientované dovnútra rôznymi smermi, majú rôznu ostrosť. Toto sa pozoruje pri cylindrických šošovkách (obr. 23.11, b).

Cylindrická šošovka vytvára lineárny obraz bodového objektu.

Ryža. 23.11. Astigmatizmus: šikmé lúče (a); kvôli valcovitosti šošovky (b)

V oku sa astigmatizmus vyskytuje, keď existuje asymetria v zakrivení systémov šošovky a rohovky. Na korekciu astigmatizmu sa používajú okuliare, ktoré majú rôzne zakrivenie v rôznych smeroch.

3. Skreslenie(skreslenie). Keď lúče vyžarované objektom zvierajú s optickou osou veľký uhol, deteguje sa iný typ monochromatické odchýlky - skreslenie V tomto prípade je narušená geometrická podobnosť medzi objektom a obrázkom. Dôvodom je, že v skutočnosti lineárne zväčšenie dané šošovkou závisí od uhla dopadu lúčov. Výsledkom je, že obrázok štvorcovej mriežky zaberá buď vankúš-, alebo súdkovitého tvaru pohľad (obr. 23.12).

Na boj proti skresleniu sa vyberie systém šošoviek s opačným skreslením.

Ryža. 23.12. Skreslenie: a - poduškovité, b - súdkovité

4. Chromatická aberácia sa prejavuje tak, že lúč bieleho svetla vychádzajúci z bodu dáva svoj obraz v podobe dúhového kruhu, fialové lúče sa pretínajú bližšie k šošovke ako červené (obr. 23.13).

Príčinou chromatickej aberácie je závislosť indexu lomu látky na vlnovej dĺžke dopadajúceho svetla (disperzia). Na korekciu tejto aberácie v optike sa používajú šošovky vyrobené zo skiel s rôznymi disperziami (achromáty, apochromáty).

Ryža. 23.13. Chromatická aberácia

23.5. Základné pojmy a vzorce

Pokračovanie tabuľky

Koniec stola

23.6. Úlohy

1. Prečo sa vo vode lesknú vzduchové bubliny?

odpoveď: v dôsledku odrazu svetla na rozhraní voda-vzduch.

2. Prečo sa lyžica zdá zväčšená v tenkostennom pohári vody?

odpoveď: Voda v pohári pôsobí ako cylindrická zberná šošovka. Vidíme imaginárny zväčšený obrázok.

3. Optická sila šošovky je 3 dioptrie. Aká je ohnisková vzdialenosť objektívu? Vyjadrite odpoveď v cm.

Riešenie

D = 1/f, f = 1/D = 1/3 = 0,33 m. odpoveď: f = 33 cm.

4. Ohniskové vzdialenosti oboch šošoviek sú rovnaké: f = +40 cm, f 2 = -40 cm Nájdite ich optickú mohutnosť.

6. Ako môžete určiť ohniskovú vzdialenosť konvergovanej šošovky za jasného počasia?

Riešenie

Vzdialenosť od Slnka k Zemi je taká veľká, že všetky lúče dopadajúce na šošovku sú navzájom rovnobežné. Ak na obrazovke získate obraz Slnka, vzdialenosť od šošovky k obrazovke sa bude rovnať ohniskovej vzdialenosti.

7. V prípade objektívu s ohniskovou vzdialenosťou 20 cm nájdite vzdialenosť k objektu, pri ktorej lineárny rozmer skutočný obraz bude: a) dvakrát väčší ako objekt; b) rovná veľkosti predmetu; c) polovičná veľkosť predmetu.

8. Optická sila šošovky pre človeka s normálnym zrakom je 25 dioptrií. Index lomu 1,4. Vypočítajte polomery zakrivenia šošovky, ak je známe, že jeden polomer zakrivenia je 2-krát väčší ako druhý.

Najprv sa trochu predstavme. Predstavte si horúci letný deň pred naším letopočtom, primitívny človek používa kopiju na lov rýb. Všimne si jej polohu, zamieri a z nejakého dôvodu udrie na miesto, kde vôbec nebolo vidieť rybu. Zmeškaný? Nie, rybár má korisť v rukách! Ide o to, že náš predok intuitívne pochopil tému, ktorú budeme teraz študovať. IN Každodenný život vidíme, že lyžica vložená do pohára s vodou sa pri pohľade cez sklenenú nádobu javí ako krivá - predmety sa zdajú byť krivé. Všetky tieto otázky zvážime v lekcii, ktorej témou je: „Lom svetla. Zákon lomu svetla. Kompletná vnútorná reflexia."

V predchádzajúcich lekciách sme hovorili o osude lúča v dvoch prípadoch: čo sa stane, ak sa lúč svetla šíri v priehľadnom homogénnom prostredí? Správna odpoveď je, že sa bude šíriť v priamke. Čo sa stane, keď lúč svetla dopadne na rozhranie medzi dvoma médiami? V minulej lekcii sme hovorili o odrazenom lúči, dnes sa pozrieme na tú časť svetelného lúča, ktorú médium pohltí.

Aký bude osud lúča, ktorý prenikol z prvého opticky priehľadného prostredia do druhého opticky priehľadného prostredia?

Ryža. 1. Lom svetla

Ak lúč dopadne na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, časť svetelnej energie sa vráti do prvého média, čím sa vytvorí odrazený lúč, a druhá časť prejde dovnútra do druhého média a spravidla zmení svoj smer.

Zmena smeru šírenia svetla pri prechode cez rozhranie medzi dvoma prostrediami sa nazýva lom svetla(obr. 1).

Ryža. 2. Uhly dopadu, lomu a odrazu

Na obrázku 2 vidíme dopadajúci lúč, uhol dopadu bude označený α. Lúč, ktorý určuje smer lomu svetla, sa bude nazývať lomený lúč. Uhol medzi kolmicou na rozhranie, zrekonštruovaný z bodu dopadu, a lomeným lúčom sa nazýva uhol lomu, na obrázku je to uhol γ. Na dokončenie obrázku uvedieme aj obraz odrazeného lúča a podľa toho aj uhol odrazu β. Aký je vzťah medzi uhlom dopadu a uhlom lomu?Je možné predpovedať, ak poznáme uhol dopadu a do akého prostredia lúč prechádzal, aký bude uhol lomu? Ukazuje sa, že je to možné!

Získame zákon, ktorý kvantitatívne popisuje vzťah medzi uhlom dopadu a uhlom lomu. Využime Huygensov princíp, ktorý reguluje šírenie vĺn v médiu. Zákon sa skladá z dvoch častí.

Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmica obnovená k bodu dopadu ležia v rovnakej rovine.

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre dve dané prostredia a rovná sa pomeru rýchlostí svetla v týchto prostrediach.

Tento zákon sa nazýva Snellov zákon na počesť holandského vedca, ktorý ho ako prvý sformuloval. Dôvodom lomu je rozdiel v rýchlosti svetla v rôznych médiách. Platnosť zákona lomu môžete overiť experimentálnym nasmerovaním lúča svetla pod rôznymi uhlami na rozhranie medzi dvoma médiami a meraním uhlov dopadu a lomu. Ak tieto uhly zmeníme, zmeriame sínusy a nájdeme pomer sínusov týchto uhlov, presvedčíme sa, že zákon lomu skutočne platí.

Dôkaz zákona lomu pomocou Huygensovho princípu je ďalším potvrdením vlnovej povahy svetla.

Relatívny index lomu n 21 ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť svetla V 1 v prvom prostredí líši od rýchlosti svetla V 2 v druhom prostredí.

Relatívny index lomu je jasnou demonštráciou skutočnosti, že dôvodom, prečo svetlo mení smer pri prechode z jedného média do druhého, je rozdielna rýchlosť svetla v dvoch médiách. Na charakterizáciu optických vlastností média sa často používa pojem „optická hustota média“ (obr. 3).

Ryža. 3. Optická hustota média (α > γ)

Ak lúč prechádza z média s vyššou rýchlosťou svetla do média s nižšou rýchlosťou svetla, potom, ako je zrejmé z obrázku 3 a zákona lomu svetla, bude pritlačený proti kolmici, tj. , uhol lomu je menší ako uhol dopadu. V tomto prípade sa hovorí, že lúč prešiel z optického média s menšou hustotou do média s vyššou hustotou. Príklad: zo vzduchu do vody; z vody do skla.

Je možná aj opačná situácia: rýchlosť svetla v prvom médiu je menšia ako rýchlosť svetla v druhom médiu (obr. 4).

Ryža. 4. Optická hustota média (α< γ)

Potom bude uhol lomu väčší ako uhol dopadu a o takomto prechode sa hovorí, že sa uskutoční z opticky hustejšieho do opticky menej hustého média (zo skla do vody).

Optická hustota dvoch médií sa môže značne líšiť, takže je možná situácia znázornená na fotografii (obr. 5):

Ryža. 5. Rozdiely v optickej hustote médií

Všimnite si, ako je hlava posunutá vzhľadom na telo v kvapaline, v prostredí s vyššou optickou hustotou.

Relatívny index lomu však nie je vždy vhodná charakteristika na prácu, pretože závisí od rýchlosti svetla v prvom a druhom prostredí, ale takýchto kombinácií a kombinácií dvoch médií (voda - vzduch, môže byť veľa), sklo - diamant, glycerín - alkohol, sklo - voda atď.). Tabuľky by boli veľmi ťažkopádne, bolo by nepohodlné pracovať a potom zaviedli jedno absolútne médium, v porovnaní s ktorým sa porovnáva rýchlosť svetla v iných médiách. Vákuum bolo zvolené ako absolútne a rýchlosť svetla bola porovnaná s rýchlosťou svetla vo vákuu.

Absolútny index lomu prostredia n je veličina, ktorá charakterizuje optická hustota stredná a rovná sa pomeru rýchlosti svetla S vo vákuu na rýchlosť svetla v danom prostredí.

Absolútny index lomu je pre prácu výhodnejší, pretože rýchlosť svetla vo vákuu vždy poznáme, rovná sa 3·10 8 m/s a je univerzálnou fyzikálnou konštantou.

Absolútny index lomu závisí od vonkajších parametrov: teploty, hustoty a tiež od vlnovej dĺžky svetla, preto tabuľky zvyčajne uvádzajú priemerný index lomu pre daný rozsah vlnových dĺžok. Ak porovnáme indexy lomu vzduchu, vody a skla (obr. 6), vidíme, že vzduch má index lomu blízky jednote, preto ho pri riešení úloh budeme brať ako jednotu.

Ryža. 6. Tabuľka absolútnych indexov lomu pre rôzne médiá

Nie je ťažké získať vzťah medzi absolútnym a relatívnym indexom lomu médií.

Relatívny index lomu, to znamená pre lúč prechádzajúci z prostredia jedna do prostredia dva, sa rovná pomeru absolútneho indexu lomu v druhom prostredí k absolútnemu indexu lomu v prvom prostredí.

Napríklad: = ≈ 1,16

Ak sú absolútne indexy lomu dvoch médií takmer rovnaké, znamená to, že relatívny index lomu pri prechode z jedného média do druhého sa bude rovnať jednotke, to znamená, že svetelný lúč sa v skutočnosti nebude lámať. Napríklad pri prechode z anízového oleja na drahokam beryl sa svetlo prakticky neohne, to znamená, že sa bude správať rovnako ako pri prechode cez anízový olej, pretože ich index lomu je 1,56 a 1,57, takže drahokam môže byť ako keby bol skrytý v tekutine, jednoducho nebude viditeľný.

Ak nalejeme vodu do priehľadného pohára a pozrieme sa cez stenu pohára do svetla, uvidíme na povrchu striebristý lesk v dôsledku javu úplného vnútorného odrazu, o ktorom bude teraz reč. Keď svetelný lúč prechádza z hustejšieho optického prostredia do menej hustého optického prostredia, možno pozorovať zaujímavý efekt. Pre istotu budeme predpokladať, že svetlo prichádza z vody do vzduchu. Predpokladajme, že v hĺbke nádrže sa nachádza bodový zdroj svetla S, ktorý vyžaruje lúče všetkými smermi. Napríklad potápač svieti baterkou.

Lúč SO 1 dopadá na hladinu vody pod najmenším uhlom, tento lúč sa čiastočne láme - lúč O 1 A 1 a čiastočne sa odráža späť do vody - lúč O 1 B 1 . Časť energie dopadajúceho lúča sa teda prenáša na lomený lúč a zvyšná energia sa prenáša na odrazený lúč.

Ryža. 7. Úplná vnútorná reflexia

Lúč SO 2, ktorého uhol dopadu je väčší, je tiež rozdelený na dva lúče: lomený a odrazený, ale energia pôvodného lúča je medzi nimi rozdelená inak: lomený lúč O 2 A 2 bude slabší ako O 1 Lúč 1, to znamená, že dostane menší podiel energie, a odrazený lúč O 2 B 2 bude teda jasnejší ako lúč O 1 B 1, to znamená, že dostane väčší podiel energie. Keď sa uhol dopadu zväčšuje, možno vysledovať rovnaký vzor - všetko veľký podiel Energia dopadajúceho lúča ide do odrazeného lúča a stále menej do lámaného lúča. Lomený lúč sa stmieva a stmieva a v určitom bode úplne zmizne; toto zmiznutie nastane, keď dosiahne uhol dopadu, ktorý zodpovedá uhlu lomu 90°. V tejto situácii mal lomený lúč OA ísť rovnobežne s hladinou vody, ale už nebolo čo ísť - všetka energia dopadajúceho lúča SO smerovala úplne do odrazeného lúča OB. Prirodzene, s ďalším zvýšením uhla dopadu bude lomený lúč chýbať. Opísaný jav je totálny vnútorný odraz, to znamená, že hustejšie optické médium pri uvažovaných uhloch nevyžaruje lúče zo seba, všetky sa odrážajú vo vnútri. Uhol, pod ktorým tento jav nastáva, sa nazýva hraničný uhol celkového vnútorného odrazu.

Hodnotu medzného uhla možno ľahko zistiť zo zákona lomu:

= => = arcsin, pre vodu ≈ 49 0

Najzaujímavejšou a najpopulárnejšou aplikáciou fenoménu úplného vnútorného odrazu sú takzvané vlnovody alebo vláknová optika. Presne takýto spôsob odosielania signálov využívajú moderné telekomunikačné spoločnosti na internete.

Získali sme zákon lomu svetla, zaviedli nový pojem - relatívny a absolútne ukazovatele lom a tiež pochopili fenomén úplného vnútorného odrazu a jeho aplikácie, ako je vláknová optika. Svoje vedomosti si môžete upevniť analýzou príslušných testov a simulátorov v sekcii lekcií.

Získame dôkaz zákona lomu svetla pomocou Huygensovho princípu. Je dôležité pochopiť, že príčinou lomu je rozdiel v rýchlosti svetla v dvoch rôzne prostredia. Označme rýchlosť svetla v prvom prostredí ako V 1 a v druhom prostredí ako V 2 (obr. 8).

Ryža. 8. Dôkaz zákona lomu svetla

Nechajte rovinnú svetelnú vlnu dopadať na ploché rozhranie medzi dvoma médiami, napríklad zo vzduchu do vody. Vlnová plocha AS je kolmá na lúče a rozhranie medzi médiom MN najskôr dosiahne lúč a lúč dosiahne rovnaký povrch po časovom intervale ∆t, ktorý sa bude rovnať dráhe JZ delenej rýchlosť svetla v prvom médiu.

Preto v čase, keď sa sekundárna vlna v bode B práve začína excitovať, vlna z bodu A už má tvar pologule s polomerom AD, ktorý sa rovná rýchlosti svetla v druhom médiu pri ∆ t: AD = ·∆t, teda Huygensov princíp vo vizuálnej akcii . Vlnová plocha lomenej vlny sa dá získať nakreslením povrchovej dotyčnice ku všetkým sekundárnym vlnám v druhom prostredí, ktorých stredy ležia na rozhraní medzi médiami, v tomto prípade je to rovina BD, je to obálka sekundárne vlny. Uhol dopadu α lúča sa rovná uhlu CAB v trojuholníku ABC, strany jedného z týchto uhlov sú kolmé na strany druhého. V dôsledku toho sa SV bude rovnať rýchlosti svetla v prvom médiu o ∆t

CB = ∆t = AB sin α

Na druhej strane sa uhol lomu bude rovnať uhlu ABD v trojuholníku ABD, preto:

АD = ∆t = АВ sin γ

Rozdelením výrazov termínom dostaneme:

n je konštantná hodnota, ktorá nezávisí od uhla dopadu.

Získali sme zákon lomu svetla, sínus uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre tieto dve prostredia a rovná sa pomeru rýchlostí svetla v dvoch daných prostrediach.

Kubická nádoba s nepriehľadnými stenami je umiestnená tak, že oko pozorovateľa nevidí jej dno, ale úplne vidí stenu nádoby CD. Koľko vody treba naliať do nádoby, aby pozorovateľ videl predmet F nachádzajúci sa vo vzdialenosti b = 10 cm od uhla D? Okraj cievy α = 40 cm (obr. 9).

Čo je veľmi dôležité pri riešení tohto problému? Hádajte, že keďže oko nevidí dno nádoby, ale vidí krajný bod bočnej steny a nádoba je kocka, uhol dopadu lúča na hladinu vody, keď ju nalievame, bude rovná 450.

Ryža. 9. Úloha jednotnej štátnej skúšky

Lúč dopadá v bode F, to znamená, že objekt jasne vidíme a čierna bodkovaná čiara ukazuje priebeh lúča, ak by tam nebola voda, teda do bodu D. Z trojuholníka NFK je tangens uhla. β, tangens uhla lomu, je pomer protiľahlej strany k susednej alebo podľa obrázku h mínus b delený h.

tg β = =, h je výška kvapaliny, ktorú sme naliali;

Najintenzívnejší jav úplného vnútorného odrazu sa využíva vo vláknových optických systémoch.

Ryža. 10. Vláknová optika

Ak je lúč svetla nasmerovaný na koniec pevnej sklenenej trubice, potom po viacnásobnom úplnom vnútornom odraze lúč vyjde opačná strana rúrky. Ukazuje sa, že sklenená trubica je vodičom svetelnej vlny alebo vlnovodu. Stane sa tak bez ohľadu na to, či je trubica rovná alebo zakrivená (obrázok 10). Prvé svetlovody, to je druhý názov pre vlnovody, slúžili na osvetlenie ťažko dostupných miest (pri medicínskom výskume, keď sa na jeden koniec svetlovodu privádza svetlo a druhý koniec osvetľuje požadované miesto). Hlavnou aplikáciou je medicína, detekcia chýb motorov, ale takéto vlnovody sa najviac používajú v systémoch prenosu informácií. Nosná frekvencia pri prenose signálu svetelnou vlnou je miliónkrát vyššia ako frekvencia rádiového signálu, čo znamená, že množstvo informácií, ktoré dokážeme preniesť pomocou svetelnej vlny, je miliónkrát. väčšie množstvo informácie prenášané rádiovými vlnami. Je to skvelá príležitosť sprostredkovať množstvo informácií jednoduchým a lacným spôsobom. Typicky sa informácie prenášajú cez optický kábel pomocou laserového žiarenia. Vláknová optika je nevyhnutná pre rýchly a kvalitný prenos počítačového signálu obsahujúceho veľké množstvo prenášaných informácií. A základom toho všetkého je taký jednoduchý a obyčajný jav, akým je lom svetla.

Bibliografia

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. fyzika ( základná úroveň) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fyzika 10. ročník. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fyzika - 9, Moskva, Vzdelávanie, 1990.

Edu.glavsprav.ru ().
Nvtc.ee ().
Raal100.narod.ru ().
Optika.ucoz.ru ().

Domáca úloha

Definujte lom svetla.
Pomenujte príčinu lomu svetla.
Vymenuj najpopulárnejšie aplikácie totálnej vnútornej reflexie.

Geometrická a vlnová optika. Podmienky použitia týchto prístupov (na základe vzťahu medzi vlnovou dĺžkou a veľkosťou objektu). Koherencia vĺn. Pojem priestorovej a časovej koherencie. Stimulovaná emisia. Vlastnosti laserového žiarenia. Štruktúra a princíp činnosti lasera.

Vzhľadom na to, že svetlo je vlnový jav, dochádza k interferencii, v dôsledku čoho obmedzené svetelný lúč sa nešíri v žiadnom smere, ale má konečné uhlové rozloženie, t.j. dochádza k difrakcii. Avšak v prípadoch, keď sú charakteristické priečne rozmery svetelných lúčov dostatočne veľké v porovnaní s vlnovou dĺžkou, môžeme divergenciu svetelného lúča zanedbať a predpokladať, že sa šíri v jednom smere: pozdĺž svetelného lúča.

Vlnová optika je odvetvie optiky, ktoré popisuje šírenie svetla s prihliadnutím na jeho vlnovú povahu. Fenomény vlnovej optiky – interferencia, difrakcia, polarizácia atď.

Interferencia vĺn je vzájomné zosilnenie alebo zoslabenie amplitúdy dvoch alebo viacerých koherentných vĺn súčasne sa šíriacich v priestore.

Vlnová difrakcia je jav, ktorý sa pri šírení vĺn prejavuje ako odchýlka od zákonov geometrickej optiky.

Polarizácia - procesy a stavy spojené s oddelením akýchkoľvek objektov, hlavne vo vesmíre.

Vo fyzike je koherencia korelácia (konzistencia) viacerých oscilačných alebo vlnových procesov v čase, ktorá sa prejaví pri ich sčítaní. Oscilácie sú koherentné, ak je ich fázový rozdiel v čase konštantný a pri sčítaní kmitov sa získa kmitanie rovnakej frekvencie.

Ak sa fázový rozdiel medzi dvoma osciláciami mení veľmi pomaly, potom sa hovorí, že oscilácie zostávajú nejaký čas koherentné. Tento čas sa nazýva koherentný čas.

Priestorová koherencia je koherencia oscilácií, ktoré sa vyskytujú v rovnakom časovom okamihu rôzne body rovina kolmá na smer šírenia vlny.

Stimulovaná emisia je generovanie nového fotónu počas prechodu kvantového systému (atóm, molekula, jadro atď.) z excitovaného stavu do stabilného stavu (nižšia energetická hladina) pod vplyvom indukujúceho fotónu, energie čo sa rovnalo rozdielu energetických hladín. Vytvorený fotón má rovnakú energiu, hybnosť, fázu a polarizáciu ako indukujúci fotón (ktorý nie je absorbovaný).

Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. V niektorých schémach sa laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

Fyzický základ Laser funguje prostredníctvom fenoménu stimulovanej emisie. Podstata javu spočíva v tom, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie (je jeho „ presnú kópiu"). Týmto spôsobom sa svetlo zosilní. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu

Všetky lasery sa skladajú z troch hlavných častí:

aktívne (pracovné) prostredie;

čerpacie systémy (zdroj energie);

optický rezonátor (môže chýbať, ak laser pracuje v režime zosilňovača).

Každý z nich zabezpečuje, že laser plní svoje špecifické funkcie.

Geometrická optika. Fenomén totálnej vnútornej reflexie. Limitný uhol totálny odraz. Priebeh lúčov. Vláknová optika.

Geometrická optika je odvetvie optiky, ktoré študuje zákony šírenia svetla v priehľadných médiách a princípy konštrukcie obrazov pri prechode svetla cez optické systémy bez zohľadnenia jeho vlnových vlastností.

Úplný vnútorný odraz je vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu presahuje určitý kritický uhol. V tomto prípade sa dopadajúca vlna úplne odrazí a hodnota koeficientu odrazu prekročí svoje maximum veľké hodnoty pre leštené povrchy. Odrazivosť celkového vnútorného odrazu je nezávislá od vlnovej dĺžky.

Limitný uhol celkového vnútorného odrazu

Uhol dopadu, pri ktorom lomený lúč začne kĺzať pozdĺž rozhrania medzi dvoma médiami bez prechodu na opticky hustejšie médium

Cesta lúčov v zrkadlách, hranoloch a šošovkách

Svetelné lúče z bodového zdroja sa šíria všetkými smermi. V optických systémoch, ktoré sa ohýbajú a odrážajú od rozhraní medzi médiami, sa niektoré lúče môžu v určitom bode opäť pretínať. Bod sa nazýva bodový obraz. Pri odraze lúča od zrkadiel je splnený zákon: „odrazený lúč leží vždy v tej istej rovine ako dopadajúci lúč a kolmica na plochu dopadu, ktorá prechádza bodom dopadu, a uhol dopadu sa odpočíta od táto normála sa rovná uhlu dopadu.“

Vláknová optika – tento pojem znamená

odbor optiky, ktorý študuje fyzikálnych javov, vznikajúce a prúdiace v optických vláknach, príp

produkty z odvetvia presného strojárstva, ktoré obsahujú komponenty na báze optických vlákien.

Medzi zariadenia z optických vlákien patria lasery, zosilňovače, multiplexory, demultiplexory a množstvo ďalších. Medzi optické komponenty patria izolátory, zrkadlá, konektory, rozbočovače atď. Základom optického zariadenia je jeho optický obvod - súbor optických komponentov spojených v určitom poradí. Optické obvody môžu byť uzavreté alebo otvorené, s spätná väzba alebo bez neho.

Na obrázku Aukazuje normálny lúč, ktorý prechádza rozhraním vzduch-plexisklo a vychádza z plexiskla bez toho, aby sa vychýlil, keď prechádza cez dve hranice medzi plexisklom a vzduchom. Na obrázku b ukazuje lúč svetla vstupujúci do polkruhovej dosky normálne bez vychýlenia, ale zvierajúci uhol y s normálou v bode O 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 toho, že n = sin (uhol, ktorý lúč zviera s normálou vo vzduchu) / sin (uhol, ktorý zviera lúč s normálou v prostredí), plexisklo n n = sin x/sin y. Ak sa vykoná viacero meraní x a y, index lomu plexiskla sa môže vypočítať spriemerovaním výsledkov pre každý pár hodnôt. Uhol y možno zväčšiť pohybom zdroja svetla v oblúku 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, rovnako ako jasný lúč, ktorý sa láme pozdĺž rovného okraja platne. Je to dôsledok čiastočnej vnútornej reflexie. Všimnite si tiež, že pri použití bieleho svetla sa svetlo objavujúce sa pozdĺž rovného okraja rozdelí na farby spektra. Ak sa zdroj svetla posunie ďalej okolo oblúka, ako na obrázku G, takže I vo vnútri plexiskla bude väčší ako kritický uhol c a lom nenastane na hranici dvoch médií. Namiesto toho lúč zažíva úplný vnútorný odraz pod uhlom r vzhľadom na normálu, kde r = i.

Aby sa to podarilo 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.

Diamantový kritický uhol je len 24°38". Jeho „odlesky" teda závisia od ľahkosti, s akou dochádza k viacnásobnému totálnemu vnútornému odrazu, keď je osvetlený svetlom, čo do značnej miery závisí od šikovného brúsenia a leštenia, ktoré tento efekt umocňuje. Predtým to bolo určené že n = 1 /sin c, takže presné meranie kritického uhla c určí n.

Štúdia 1. Určte n pre plexisklo nájdením kritického uhla

Umiestnite polkruhový kus plexiskla do stredu veľkého bieleho papiera a opatrne obkreslite jeho obrys. Nájdite stred O rovného okraja dosky. Pomocou uhlomeru zostrojte normálnu NO kolmú na túto rovnú hranu v bode O. Umiestnite platňu opäť v jej obryse. Presuňte svetelný zdroj okolo oblúka doľava od NO, pričom dopadajúci lúč stále smerujte do bodu O. Keď lomený lúč prechádza pozdĺž priameho okraja, ako je znázornené na obrázku, označte dráhu dopadajúceho lúča tromi bodmi P1, P2 a P3.

Dočasne vyberte platňu a spojte tieto tri body priamkou, ktorá by mala prechádzať cez O. Pomocou uhlomeru zmerajte kritický uhol c medzi nakresleným dopadajúcim lúčom a normálou. Opatrne umiestnite platňu znova do jej obrysu a zopakujte to, čo bolo urobené predtým, ale tentoraz presuňte svetelný zdroj okolo oblúka doprava od NO, pričom lúč nepretržite smerujte do bodu O. Zaznamenajte dve namerané hodnoty c do tabuľku výsledkov a určte priemernú hodnotu kritického uhla c. Potom určte index lomu n n pre plexisklo pomocou vzorca n n = 1 /sin s.

Prístroj pre štúdiu 1 možno použiť aj na preukázanie, že pre svetelné lúče šíriace sa v hustejšom prostredí (plexisklo) a dopadajúce na rozhranie plexiskla a vzduchu pod uhlom väčším ako je kritický uhol c, sa uhol dopadu i rovná uhlu odrazy r.

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

Polkruhovú dosku z plexiskla položte na veľký biely papier a opatrne obkreslite jej obrys. Ako v prvom prípade nájdite stred O a zostrojte 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 normálnemu NO.

Opatrne umiestnite plexisklovú dosku späť do jej obrysu a nasmerujte svetelný lúč zo svetelného zdroja pozdĺž línie 45°. Lúč prejde do bodu O, odrazí sa a objaví sa na oblúkovej strane dosky na druhej strane normály. Na odrazenom lúči označte tri body P 1, P 2 a P 3. Dočasne odstráňte platňu a spojte tri body priamkou, ktorá by mala prechádzať cez bod O.

Pomocou uhlomeru zmerajte uhol odrazu r medzi odrazeným lúčom a výsledky zapíšte do tabuľky. Opatrne umiestnite platňu do jej obrysu a opakujte pre uhly 50°, 60°, 70° a 80° k normále. Zaznamenajte hodnotu r na príslušné miesto v tabuľke výsledkov. Zostrojte graf uhla odrazu r v závislosti od uhla dopadu i. Priamy graf nakreslený v rozsahu uhlov dopadu od 45° do 80° bude postačovať na to, aby ukázal, 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 vznikajú a vyskytujú sa v optických vláknach.

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

Mirage optický jav v atmosfére: odraz svetla na hranici medzi vrstvami vzduchu, ktoré sa výrazne líšia hustotou. Pre pozorovateľa takýto odraz znamená, že spolu so vzdialeným objektom (alebo časťou oblohy) je viditeľný jeho virtuálny obraz posunutý voči objektu. Mirage sa delia na spodné, viditeľné pod objektom, horné, nad objektom a bočné.

Inferior Mirage

Pozoruje sa s veľmi veľkým vertikálnym teplotným gradientom (s výškou klesá) nad prehriatym rovným povrchom, často púšťou alebo asfaltovou cestou. Virtuálny obraz oblohy vytvára ilúziu vody na povrchu. Takže cesta tiahnuca sa do diaľky v horúcom letnom dni sa zdá byť mokrá.

Superior Mirage

Pozorované za studena zemského povrchu s inverzným rozložením teplôt (rastie so svojou výškou).

Fata Morgana

Komplexné fatamorgány s ostrým skreslením vzhľadu objektov sa nazývajú Fata Morgana.

Objemová fatamorgána

V horách, veľmi zriedkavo, za určitých podmienok, môžete na nejaký čas vidieť „skreslené ja“. blízky dosah. Tento jav sa vysvetľuje prítomnosťou „stojatej“ vodnej pary vo vzduchu.

Astronomický lom je fenomén lomu svetelných lúčov z nebeských telies pri prechode atmosférou / Keďže hustota planetárnych atmosfér vždy s výškou klesá, k lomu svetla dochádza tak, že zakrivený lúč je svojou konvexnosťou vo všetkých prípadoch natočený k zenitu. V tomto ohľade refrakcia vždy „zdvihne“ obrazy nebeských telies nad ich skutočnú polohu

Refrakcia spôsobuje na Zemi množstvo opticko-atmosférických efektov: zväčšenie dĺžka dňa v dôsledku toho, že slnečný kotúč v dôsledku lomu vychádza nad horizont o niekoľko minút skôr ako v momente, v ktorom malo na základe geometrických úvah vyjsť Slnko; sploštenosť viditeľných diskov Mesiaca a Slnka v blízkosti horizontu v dôsledku skutočnosti, že spodný okraj diskov stúpa lomom vyššie ako horný; blikanie hviezd atď. V dôsledku rozdielu vo veľkostiach lomu svetelných lúčov s rôznymi vlnovými dĺžkami (modré a fialové lúče sa odchyľujú viac ako červené), dochádza v blízkosti horizontu k zjavnému sfarbeniu nebeských telies.

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

Polarizácia vĺn- jav narušenia symetrie rozloženia porúch v priečne vlny (napríklad intenzity elektrického a magnetického poľa v elektromagnetické vlny) vzhľadom na smer jeho šírenia. IN pozdĺžne polarizácia nemôže nastať vo vlne, pretože poruchy v tomto type vlny sa vždy zhodujú so smerom šírenia.

lineárne - poruchové kmity sa vyskytujú v jednej rovine. V tomto prípade hovoria o „ rovinne polarizované mávať";

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

Polarizácia svetla je proces usporiadania oscilácií vektora intenzity elektrické pole svetelná vlna 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 plochú 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 sú podmienky nanášania filmu a druh a veľkosť vplyvu orientácie zvolené tak, aby parameter rádu filmu zodpovedajúci aspoň jednému maximu na spektrálnej absorpčnej krivke v spektrálnom rozsahu 0,7 - 13 μm, má hodnotu aspoň 0,8. Kryštalická štruktúra aspoň časti filmu je trojrozmerná kryštálová mriežka tvorená dichroickými molekulami organickej hmoty. Spektrálny rozsah polarizátora sa rozširuje a súčasne zlepšuje jeho polarizačné charakteristiky.

Malusov zákon - fyzikálny zákon, vyjadrujúce závislosť intenzity lineárne polarizovaného svetla po jeho prechode polarizátorom od uhla medzi rovinami polarizácie dopadajúceho svetla a polarizátora.

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

6. Brewsterov fenomén. 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 uhlom, pod ktorým bude svetlo odrazené od rozhrania úplne polarizované v rovine kolmej na rovinu dopadu a lomený lúč je čiastočne polarizovaný v rovine dopad a polarizácia lomeného lúča dosiahne najvyššia hodnota. 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- uhol dopadu (Brewsterov uhol). Amplitúdy dopadajúcej (U inc) a odrazenej (U ref) vlny v KBB línii sú spojené vzťahom:

K bv = (U pad - U neg) / (U pad + U neg)

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

K bv = (1 - K U) / (1 + K U) Pri čisto aktívnom zaťažení sa BV rovná:

Kbv = R/ρ pri R< ρ или

Kbv = ρ / R pre R ≥ ρ

kde R je aktívny odpor záťaže, ρ je charakteristická impedancia vedenia

7. Pojem interferencie svetla. Pridanie dvoch nekoherentných a koherentných vĺn, ktorých polarizačné čiary sa zhodujú. Závislosť intenzity výslednej vlny po pridaní dvoch koherentných vĺn od rozdielu ich fáz. Pojem geometrického a optického rozdielu v dráhach vĺn. Všeobecné podmienky aby sa dodržali rušivé maximá a minimá.

Svetelná interferencia je nelineárne sčítanie intenzít dvoch alebo viacerých svetelných vĺn. Tento jav je sprevádzaný striedaním maxima a minima 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 medzi vlnami nezávisí od času. Vlny a zdroje, ktoré ich vzrušujú, sa nazývajú nekoherentné, ak sa fázový rozdiel medzi vlnami časom mení. Vzorec na rozdiel:

, Kde , ,

8. Laboratórne metódy pozorovania svetelnej interferencie: Youngov experiment, Fresnelove biprizmy, Fresnelove zrkadlá. Výpočet polohy interferenčných maxím a miním.

Youngov experiment - V experimente je lúč svetla nasmerovaný na nepriehľadné plátno s dvoma paralelnými štrbinami, za ktorými je inštalované 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.

Ak predpokladáme, že svetlo pozostáva z častíc ( korpuskulárna teória svetla), potom na premietacom plátne bolo vidieť len dva rovnobežné 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 vytvorenie dvoch koherentných vĺn z jedného svetelného zdroja, ktoré umožňujú pozorovať stabilný interferenčný obrazec na obrazovke.
Frenkelov dvojhranol slúži ako prostriedok na experimentálne dokazovanie vlnovej povahy svetla.

Fresnelove zrkadlá sú optické zariadenie navrhnuté v roku 1816 O. J. Fresnelom na pozorovanie fenoménu interferencie koherentných svetelných lúčov. Zariadenie sa skladá z dvoch ploché zrkadlá I a II, ktoré zvierajú uhol odklonu od 180° len o niekoľko uhlových minút (pozri obr. 1 v článku Interferencia svetla). Keď sú zrkadlá osvetlené zo zdroja S, lúče lúčov odrazené od zrkadiel možno považovať za vyžarované z koherentných zdrojov S1 a S2, čo sú virtuálne obrazy S. V priestore, kde sa lúče prekrývajú, dochádza k interferencii. Ak je zdroj S lineárny (štrbinový) a rovnobežný s okrajom fotónov, potom pri osvetlení monochromatickým svetlom sa na obrazovke M pozoruje interferenčný obrazec vo forme rovnomerne rozmiestnených tmavých a svetlých pruhov rovnobežných so štrbinou, ktorý možno inštalovať kdekoľvek v oblasti prekrytia lúčov. Vzdialenosť medzi pruhmi môže byť použitá na určenie vlnovej dĺžky svetla. Experimenty s fotónmi boli jedným z rozhodujúcich dôkazov vlnovej povahy svetla.

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

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

11. Interferencia svetla v tenkých vrstvách pri normálnom dopade svetla. Povrchová úprava optických prístrojov.

12. Optické interferometre Michelsona a Jamina. Stanovenie indexu lomu látky pomocou dvojlúčových interferometrov.

13. Koncept viaclúčovej interferencie svetla. Fabry-Perotov interferometer. Pridanie 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 obrazca.

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 Fresnelových zón pre sférické a rovinné čelo vlny.

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

18. Problém zväčšenia amplitúdy vlny pri prechode cez okrúhly otvor. Dosky s amplitúdovou a fázovou zónou. Zaostrovacie a zónové platne. Zaostrovacia šošovka ako limitné puzdro dosky so stupňovitou fázou. Zónovanie šošovky.