Применения явления полного внутреннего отражения

Явление полного внутреннего отражения лежит в основе принципа действия так называемых призм полного внутреннего отражения (рис, 3.11 и 3.12).

В основе устройства так называемых «светоотводов» (рис. 3.13) также лежит явление полного внутреннего отражения. Светоотводы представляют собой тонкую изогнутую трубку (волокна).

РИС(4.8)

Лучи света в светоотводах падают на стенки трубки под углом, большим предельного. В результате такого падения света происходит полное внутреннее отражение от внутренней поверхности стенки трубки и свет, направленный в один торец изогнутой трубки, выходит через ее другой торец. Поэтому торец трубки светоотвода можно исполь­зовать для освещения труднодоступных участков. Вопросами пере­носа световой энергии по узким трубкам занимается специальный раздел оптики — так называемая «волоконная оптика».

РИС(4.9)

Коротко ознакомимся с некоторыми светоотводами, Волокна в зависимости от формы бывают различными:

1) прямое волокно с прямыми торцами (рис. 3.14, а);

2) прямое волокно с косыми торцами (рис. 3.14, б);

3) изогнутое волокно (рис. 3.14, в);

4) волокно переменного диаметра; а) волокно, диаметр которого уменьшается в направлении распространения света; такое волокно называется фоконом (рис. 3.14, г); фоконы уменьшают размеры передаваемого изображения; б) волокно, диаметр которого уве­личивается в направлении распространения света; такое волокно называется афоконом (рис. 3.14, д). Афоконы увеличивают размеры передаваемого изображения. Фоконы и афоконы являются обрат­ными системами. При изменении направления распространения света на противоположное фокон превращается в афокон, и нао­борот.

В зависимости от предназначения применяются разные формы волокон. Материал волокна подбирается в соответствии с длиной используемой световой волны. Так, например, для_и работы в види­мой и ближней инфракрасной области (3500—9000 А) употребляется оптическое стекло с большим показателем преломления. Волокна из плавленого кварца применяются в ближней ультрафиолетовой области.

РИС(4.10)

Для работы в инфракрасном диапазоне (до λ = 1200 А и более) можно использовать стекла с присадкой трехсульфидного мышьяка.

Светоотводы выполняют две функции: 1) передают световую энергию, 2) передают изображение. Для передачи световой энергии не имеет значения взаиморасположение отдельных волокон в пучке. Последнее играет существенную роль при передаче изображения. В этом случае необходимо, чтобы сохранялось соответствие во вза­иморасположении отдельных волокон в пучке — светоотводе — на входном и выходном торцах. С целью увеличения количества пере­даваемой световой энергии нужно увеличить сечение волокна. Од­нако при этом теряется его гибкость и тем самым ограничивается его применение. Чтобы, не изменяя гибкости волокна, увеличить передаваемую световую энергию, отдельные волокна соединяют вместе в один пучок, который не искажает изображения при изги­бах и скручивании. Пучки можно образовать двумя способами:

1. Отдельные упругие волокна с защитными покрытиями склеи­ваются в виде жгута (рис. 3.15).

2. Отдельные упругие волокна располагаются в среде с меньшим показателем преломления (рис. 3,(б),

Светоотводы находят широкое применение в разных областях. Они используются в электронно-лучевых трубках, электронно-оптических преобразователях, в высокоскоростной фотографии, в качестве расширителей лазерных пучков, для кодирования ин­формации, а также в электронно-счетных машинах.

Волокна обладают следующими недостатками:

1. Происходят потери на поглощение внутри волокна,

2. Происходят потери при отражении от торцов волокна,

3. Из-за волновой природы.света всегда имеют место потери све­товой энергии при полновнутреннем отражении. 4. Наличие дефектов (царапин) на поверхности, а также присут­ствие загрязнений (пыли) приводят к дополнительному рассеянию света от неоднородностей на границе раздела стекло—воздух. С целью исключения двух последних недостатков волокно охваты­вается стеклянной оболочкой. Естественно, показатель преломле­ния волокна должен быть больше пока­зателя преломления стеклянного покры­тия.

7.

8.