Вопрос 6. Записать и пояснить рисунком закон отражения и закон преломления света

Ответ.

Для того чтобы имело место зеркальное отражение или преломление, поверхность тела должна быть достаточно гладкой (не матовой), а его внутренняя структура — достаточно однородной (не мутной). Это означает, что неровности поверхности, равно как и неоднородности внутреннего строения, должны быть достаточно малы. Для того чтобы поверхность была оптически гладкой, а тело оптически однородным, необходимо, чтобы неровности и неоднородности были значительно меньше микрометра. Рассмотрим следующий простой опыт. Направим, например, узкий пучок лучей на поверхность воды в большом сосуде (рис. 180). Мы обнаружим, что часть света отразится от поверхности воды, другая часть пройдет из воздуха в воду. Для того чтобы падающий луч SO, отраженный луч OR и прошедший в воду луч OD были лучше видны, рекомендуется слегка запылить воздух над сосудом (например, дымом), а в воде, заполняющей сосуд, растворить немного мыла, благодаря чему вода станет слегка мутной. На опыте видно, что вошедший в воду луч не является простым продолжением луча, падающего на границу раздела, а испытывает преломление.
При изучении данного явления нас будут интересовать, во-первых, направления отраженного и преломленного лучей и, во вторых, доля отраженной световой энергии и энергии, прошедшей из первой среды во вторую.
Рассмотрим вначале отраженные лучи. Накроем поверхность раздела (зеркало) сверху непрозрачной цилиндрической поверхностью АСВ, которую можно сделать, например, из плотной бумаги (рис. 181, а). На дуге АСВ проделаем небольшие отверстия, расположенные, например, через каждые 5°. Тогда окажется, что если луч света пропущен в одно из этих отверстий и направлен по радиусу

Вопрос 7. В чем заключается явление полного внутреннего отражения света? Когда оно возможно? (ответ сопроводить рисунком)

Ответ.

При возникает явление полного внутреннего отражения волны 2 от границы раздела () в среду с абсолютным показателем преломления , При этом, , а интенсивность волны 1, как показывает строгое рассмотрение, экспоненциально убы­вает в процессе ее скольжения вдоль границы и волна 1 прак­тически не вносит вклада в перенос энергии поля в направлении .

Таким образом, условие полного внутреннего отражения имеет вид:

1. .

2. Волна 2 падает на границу раздела из среды 2 в среду 1.

3. .

4. Волна 1 не дает вклада в перенос энергии вдоль .

Задача к разделу 2

Имеется оптическое волокно со следующими параметрами n_с - абсолютный показатель преломления сердцевины волокна, n_о - абсолютный показатель преломления оболочки волокна. Определить предельный угол (), числовую апертуру оптического волокна (NA), апертурный угол ().

Дано: n_с=1,48 n_о=1,462

Решение:

Рисунок 2.1 – Оптическое волокно

Взаимосвязь угла падения луча на торец стекловолокна с пре­дельным углом следует из закона преломления:

. (2.1)

Из :

. (2.2)

Согласно закону преломления, в окрестности точки

,

. (2.3)

Откуда

Величины NAносит название номинальной числовой апертуры оптического волокна и является одной из его фундаментальных лучевых характеристик, поскольку определяется только значениями n_о и n_с

Угол называется апертурным углом.

NA= n_v* sin

n_v* sin = (14.21)

В задаче принять n_v=1

Величина NA носит название номинальной числовой апертуры стекловолокна и является одной из его фундаментальных лучевых ха­рактеристик, поскольку определяется только значениями и . Угол называют апертурным углом.

.

3 Интерференция света