Условия полного отражения света. Световоды.

Условия полного отражения света. Световоды.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного отражения света.

Явление полного отражения можно наблюдать на примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.

Если мы попытаемся из под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определённом значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отражённое от воды дно.

Световод представляет собой закрытое устройство для направленной передачи света. Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счёт полного внутреннего отражения от боковых поверхностей. Использование световодов позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на расстояния, а также использовать криволинейные трассы. Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.

Электромагнитная природа света. Монохроматизм и когерентность.

Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

Длина волн воспринимаемого электромагнитного излучения лежит в интервале от 0,38 до 0,76 мкм.

Электромагнитные волны поперечны.

На основании своих теоретических исследований Максвелл сделал вывод: свет имеет электромагнитную природу.

Электромагнитная природа света была подтверждена в опытах Герца, показавшего, что электромагнитные волны, подобно свету на границе раздела двух сред, испытывают отражение и преломление.

 

Монохромное излучение (от др.-греч. μόνος — один, χρῶμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале одной частотой (длиной волны).

Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.

Примеры: лазеры, газоразрядные лампы, натриевая лампа, ртутная лампа.

 

Когерентность (от латинского cohaerens — находящийся в связи), взаимная согласованность протекания во времени световых колебаний в разных точках пространства и (или) времени, проявляющееся при их сложении. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной во времени и при сложении колебаний определяет амплитуду суммарного колебания.

Оптическая разность хода. Интерференцмя световых волн.

Оптическая разность хода - это разность оптических длин путей световых волн, имеющих общие начальную и конечную точки.

 

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

 

Дифракция волн и принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.

 

Понятие формирования голографического изображения.

В отличие от обычной фотографии в голографии в светочувствительном слое регистрируется не оптическое изображение объекта съёмки, характеризующее распределение яркостей его деталей, а тонкая и сложная интерференционная картина отображения волнового фронта объекта голографирования. Эта картина формируется и регистрируется в толще эмульсионного слоя в виде специфического голографического изображения, представляющего собой дифракционные решётки разной пространственной частоты, которые в зависимости от применяемого способа голографирования располагаются в слое по-разному. Получаемые таким образом голограммы визуально выглядят как равномерные почернения.

 

Поляризация света. Способы его поляризации.

Световая волна состоит из многих цугив электромагнитных волн, излучаемых отдельными атомами.

Плоскость колебаний (плоскость колебаний светового вектора) для каждого цуга ориентирована случайно. Поэтому в естественном свете колебания различных направлений быстро и хаотично сменяют друг друга.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

Поляризация света - Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но преимущественно в двух направлениях - горизонтальном и вертикальном. «Вертикальная» составляющая приносит глазу человека полезную информацию, позволяя распознавать цвета и контраст. А "горизонтальная" составляющая создает "оптический шум" или блеск.

 

Двойное лучепреломление.

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ - раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду, обусловленное зависимостью показателя преломления (а следовательно, и скорости волны) от её поляризации и ориентации волнового вектора относительно кристаллографич. осей, т. е. от направления распространения (см. Кристаллооптика, Оптическая анизотропия). При падении световой волны на поверхность анизотропной среды в последней возникают две преломлённые волны, имеющие разную поляризацию и идущие в разных направлениях с разл. скоростями. Отношение амплитуд этих волн зависит от поляризации падающей волны. Различают линейное и эллиптическое Д. л. в зависимости от свойств и симметрии кристаллов.

 

Поглощение света. Квантовомеханические причины.

Поглощением света называется явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Про квантовомеханические причины поглощения света даже google не слыхал…

 

Рассеяние света.

РАССЕЯНИЕ СВЕТА, отклонение распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Свет рассеивается на неоднородностях среды, на частицах и молекулах, при этом меняется пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Рассеяние света зависит от частоты света, размера рассеивающих частиц. Рассеянием солнечного света на молекулах воздуха объясняется голубой цвет неба, а рассеянием на частицах пыли и водяных парах - яркие зори при восходе и заходе Солнца.

 

Условия полного отражения света. Световоды.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного отражения света.

Явление полного отражения можно наблюдать на примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.

Если мы попытаемся из под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определённом значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отражённое от воды дно.

Световод представляет собой закрытое устройство для направленной передачи света. Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счёт полного внутреннего отражения от боковых поверхностей. Использование световодов позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на расстояния, а также использовать криволинейные трассы. Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.