तथाकथित फाइबर ऑप्टिक्स में उपयोग किया जाता है। फाइबर ऑप्टिक्स ऑप्टिक्स की एक शाखा है जो फाइबर ऑप्टिक लाइट गाइड के माध्यम से प्रकाश विकिरण के संचरण से संबंधित है। फाइबर ऑप्टिक लाइट गाइड बंडलों (बंडलों) में इकट्ठे हुए व्यक्तिगत पारदर्शी फाइबर की एक प्रणाली है। प्रकाश, कम अपवर्तक सूचकांक वाले पदार्थ से घिरे एक पारदर्शी फाइबर के अंदर हो रहा है, कई बार परावर्तित होता है और फाइबर के साथ फैलता है (चित्र 5.3 देखें)।

1) चिकित्सा और पशु चिकित्सा निदान में, प्रकाश गाइड मुख्य रूप से आंतरिक गुहाओं को रोशन करने और छवियों को प्रसारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

दवा में फाइबर ऑप्टिक्स के उपयोग का एक उदाहरण है एंडोस्कोप- आंतरिक गुहाओं (पेट, मलाशय, आदि) की जांच के लिए एक विशेष उपकरण। ऐसे उपकरणों की किस्मों में से एक फाइबर है गस्त्रोस्कोपे. इसकी मदद से, आप न केवल नेत्रहीन रूप से पेट की जांच कर सकते हैं, बल्कि निदान के उद्देश्य से आवश्यक तस्वीरें भी ले सकते हैं।

2) प्रकाश गाइड की मदद से, ट्यूमर पर चिकित्सीय प्रभाव के उद्देश्य से लेजर विकिरण को आंतरिक अंगों में भी प्रेषित किया जाता है।

3) फाइबर ऑप्टिक्स ने प्रौद्योगिकी में व्यापक आवेदन पाया है। हाल के वर्षों में सूचना प्रणाली के तेजी से विकास के संबंध में, संचार चैनलों के माध्यम से सूचना के उच्च-गुणवत्ता और तेजी से प्रसारण की आवश्यकता है। इस उद्देश्य के लिए, फाइबर ऑप्टिक प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रसार करने वाले लेजर बीम के साथ सिग्नल ट्रांसमिशन का उपयोग किया जाता है।

प्रकाश के तरंग गुण

दखल अंदाजी स्वेता।

दखल अंदाजी- प्रकाश की तरंग प्रकृति की सबसे चमकदार अभिव्यक्तियों में से एक। यह दिलचस्प और सुंदर घटना कुछ शर्तों के तहत देखी जाती है जब दो या दो से अधिक प्रकाश पुंज अध्यारोपित होते हैं। हम अक्सर हस्तक्षेप की घटनाओं का सामना करते हैं: डामर पर तेल के धब्बे के रंग, ठंड खिड़की के शीशे का रंग, कुछ तितलियों और भृंगों के पंखों पर विचित्र रंग पैटर्न - यह सब प्रकाश हस्तक्षेप की अभिव्यक्ति है।

हल्का हस्तक्षेप- दो या दो से अधिक के स्थान में जोड़ सुसंगतप्रकाश तरंगें, जिसमें यह अपने विभिन्न बिंदुओं पर निकलती है आयाम का प्रवर्धन या क्षीणनपरिणामी लहर।

जुटना।

जुटनाकई दोलन या तरंग प्रक्रियाओं के समय और स्थान में समन्वित प्रवाह कहा जाता है, अर्थात समान आवृत्ति और समय-स्थिर चरण अंतर वाली तरंगें।

मोनोक्रोमैटिक तरंगें (एक तरंग दैर्ध्य की तरंगें ) - सुसंगत हैं।

क्योंकि वास्तविक स्रोतसख्ती से मोनोक्रोमैटिक प्रकाश न दें, फिर किसी स्वतंत्र प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित तरंगें हमेशा असंगत. स्रोत में, प्रकाश परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित होता है, जिनमें से प्रत्येक केवल ≈ 10 -8 s के समय के लिए प्रकाश उत्सर्जित करता है। केवल इस समय के दौरान परमाणु द्वारा उत्सर्जित तरंगों में निरंतर आयाम और दोलनों का चरण होता है। लेकिन सुसंगत हो जाओतरंगों को एक स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश पुँज को दो प्रकाश तरंगों में विभाजित करके विभाजित किया जा सकता है और अलग-अलग रास्तों से गुजरने के बाद उन्हें फिर से जोड़ा जा सकता है। तब चरण अंतर तरंग पथ अंतर द्वारा निर्धारित किया जाएगा: पर नियत स्ट्रोक अंतर चरण अंतरभी करेगा नियत .

स्थिति हस्तक्षेप अधिकतम :

अगर ऑप्टिकल पथ अंतर ∆निर्वात में है अर्ध-तरंगों की सम संख्या या (तरंगदैर्घ्य की पूर्णांक संख्या)

(4.5)

तब बिंदु M पर उत्तेजित दोलन होंगे उसी चरण में.

स्थिति हस्तक्षेप न्यूनतम।

अगर ऑप्टिकल पथ अंतर ∆के बराबर है अर्ध-तरंगों की एक विषम संख्या

(4.6)

वह और बिंदु M पर उत्तेजित दोलन होंगे चरण से बाहर.

प्रकाश व्यतिकरण का एक विशिष्ट और सामान्य उदाहरण साबुन की फिल्म है

हस्तक्षेप का अनुप्रयोग -ऑप्टिक्स कोटिंग: लेंस से गुजरने वाले प्रकाश का हिस्सा परिलक्षित होता है (जटिल ऑप्टिकल सिस्टम में 50% तक)। एंटीरिफ्लेक्शन विधि का सार यह है कि ऑप्टिकल सिस्टम की सतहें पतली फिल्मों से ढकी होती हैं जो हस्तक्षेप की घटनाएं पैदा करती हैं। घटना प्रकाश की फिल्म मोटाई डी = एल / 4, फिर परावर्तित प्रकाश में पथ अंतर होता है, जो न्यूनतम हस्तक्षेप से मेल खाता है

प्रकाश का विवर्तन

विवर्तनबुलाया बाधाओं के चारों ओर झुकी हुई लहर,उनके रास्ते में सामना हुआ, या व्यापक अर्थों में - किसी भी तरंग प्रसार विचलनबाधाओं के पास आयताकार से.

विवर्तन देखने की संभावना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और बाधाओं के आकार (असमानता) के अनुपात पर निर्भर करती है

विवर्तन एक विवर्तन झंझरी पर फ्राउनहोफर।

एक आयामी विवर्तन झंझरी - समान चौड़ाई के समानांतर खांचों की एक प्रणाली, एक ही तल में स्थित और समान चौड़ाई के अपारदर्शी अंतराल द्वारा अलग की गई।

कुल विवर्तन पैटर्नसभी खांचों से आने वाली तरंगों के परस्पर व्यतिकरण का परिणाम है - एक विवर्तन झंझरी में, सभी स्लिट्स से आने वाले सुसंगत विवर्तित प्रकाश पुंजों का मल्टीबीम हस्तक्षेप होता है।

अगर ए - चौड़ाईहर दरार (एमएन); बी - अपारदर्शी क्षेत्रों की चौड़ाईदरारों के बीच (एनसी), फिर मान डी = ए +  बीबुलाया विवर्तन झंझरी की निरंतर (अवधि)।.

जहाँ N 0 प्रति इकाई लंबाई में खांचों की संख्या है।

बीम (1-2) और (3-4) का पथ अंतर CF के बराबर है

1. .न्यूनतम शर्तयदि पथांतर CF = (2n+1)l/2- अर्ध-तरंगदैर्घ्य की एक विषम संख्या के बराबर है, तो 1-2 और 3-4 किरणों के दोलन एंटीपेज़ में गुजरेंगे, और वे एक दूसरे को रद्द कर देंगे रोशनी:

एन = 1,2,3,4 … (4.8)

विभिन्न माध्यमों में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार परावर्तन और अपवर्तन के नियमों का पालन करता है। इन कानूनों से, कुछ शर्तों के तहत, एक दिलचस्प प्रभाव का पालन होता है, जिसे भौतिकी में प्रकाश का कुल आंतरिक प्रतिबिंब कहा जाता है। आइए देखें कि यह प्रभाव क्या है।

परावर्तन और अपवर्तन

प्रकाश के आंतरिक पूर्ण परावर्तन पर विचार करने के लिए सीधे आगे बढ़ने से पहले, परावर्तन और अपवर्तन की प्रक्रियाओं की व्याख्या करना आवश्यक है।

परावर्तन को एक ही माध्यम में एक प्रकाश किरण की गति की दिशा में परिवर्तन के रूप में समझा जाता है जब यह एक इंटरफ़ेस का सामना करता है। उदाहरण के लिए, यदि आप लेज़र पॉइंटर से दर्पण की ओर निर्देशित करते हैं, तो आप वर्णित प्रभाव को देख सकते हैं।

अपवर्तन, परावर्तन की तरह, प्रकाश की गति की दिशा में परिवर्तन है, लेकिन पहले माध्यम में नहीं, बल्कि दूसरे माध्यम में। इस घटना का नतीजा वस्तुओं की रूपरेखा और उनकी स्थानिक व्यवस्था का विरूपण होगा। अपवर्तन का एक सामान्य उदाहरण एक पेंसिल या कलम का टूटना है यदि उसे एक गिलास पानी में रखा जाता है।

अपवर्तन और परावर्तन एक दूसरे से संबंधित हैं। वे लगभग हमेशा एक साथ मौजूद होते हैं: बीम की ऊर्जा का हिस्सा परावर्तित होता है, और दूसरा भाग अपवर्तित होता है।

दोनों घटनाएं फ़र्मेट के सिद्धांत के अनुप्रयोग का परिणाम हैं। उनका दावा है कि प्रकाश दो बिंदुओं के बीच प्रक्षेपवक्र के साथ यात्रा करता है जो उसे कम से कम समय लेगा।

चूंकि प्रतिबिंब एक प्रभाव है जो एक माध्यम में होता है, और अपवर्तन दो मीडिया में होता है, बाद के लिए यह महत्वपूर्ण है कि दोनों मीडिया विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए पारदर्शी हों।

अपवर्तक सूचकांक की अवधारणा

विचाराधीन घटना के गणितीय विवरण के लिए अपवर्तक सूचकांक एक महत्वपूर्ण मात्रा है। किसी विशेष माध्यम का अपवर्तनांक निम्नानुसार निर्धारित किया जाता है:

जहाँ c और v क्रमशः निर्वात और पदार्थ में प्रकाश की गति हैं। v का मान हमेशा c से कम होता है, इसलिए घातांक n एक से बड़ा होगा। आयाम रहित गुणांक n दर्शाता है कि किसी पदार्थ (माध्यम) में कितना प्रकाश निर्वात में प्रकाश से पीछे रह जाएगा। इन गतियों के बीच का अंतर अपवर्तन की घटना की ओर ले जाता है।

पदार्थ में प्रकाश की गति बाद के घनत्व के साथ संबंध रखती है। माध्यम जितना सघन होता है, प्रकाश के लिए उसमें गति करना उतना ही कठिन होता है। उदाहरण के लिए, वायु n = 1.00029 के लिए, अर्थात, निर्वात के समान, जल के लिए n = 1.333।

प्रतिबिंब, अपवर्तन और उनके कानून

पूर्ण परावर्तन के परिणाम का एक आकर्षक उदाहरण हीरे की चमकदार सतहें हैं। एक हीरे के लिए अपवर्तक सूचकांक 2.43 है, इसलिए एक मणि से टकराने वाली कई प्रकाश किरणें इसे छोड़ने से पहले कई पूर्ण प्रतिबिंबों का अनुभव करती हैं।

हीरे के लिए क्रांतिक कोण θc ज्ञात करने की समस्या

आइए एक साधारण समस्या पर विचार करें, जहां हम दिखाएंगे कि उपरोक्त सूत्रों का उपयोग कैसे करें। यह गणना करना आवश्यक है कि एक हीरे को हवा से पानी में रखने पर कुल प्रतिबिंब का महत्वपूर्ण कोण कितना बदल जाएगा।

संकेतित मीडिया के अपवर्तक सूचकांकों के मूल्यों के लिए तालिका में देखने के बाद, हम उन्हें लिखते हैं:

• हवा के लिए: एन 1 = 1.00029;
• पानी के लिए: एन 2 = 1.333;
• हीरे के लिए: n 3 = 2.43।

डायमंड-एयर जोड़ी के लिए महत्वपूर्ण कोण है:

θ c1 \u003d आर्क्सिन (n 1 / n 3) \u003d आर्क्सिन (1.00029 / 2.43) ≈ 24.31 ओ।

जैसा कि आप देख सकते हैं, मीडिया की इस जोड़ी के लिए महत्वपूर्ण कोण काफी छोटा है, यानी केवल वे किरणें हीरे को हवा में छोड़ सकती हैं जो 24.31 ओ से सामान्य के करीब होंगी।

पानी में हीरे के मामले में, हम प्राप्त करते हैं:

θ c2 \u003d आर्क्सिन (एन 2 / एन 3) \u003d आर्क्सिन (1.333 / 2.43) ≈ 33.27 ओ।

महत्वपूर्ण कोण में वृद्धि थी:

Δθ c \u003d θ c2 - θ c1 ≈ 33.27 o - 24.31 o \u003d 8.96 o।

हीरे में प्रकाश के पूर्ण परावर्तन के लिए क्रांतिक कोण में यह मामूली वृद्धि इस तथ्य की ओर ले जाती है कि यह पानी में लगभग उसी तरह चमकता है जैसे हवा में।

पहले, आइए थोड़ी कल्पना करें। एक गर्म गर्मी के दिन ईसा पूर्व की कल्पना करें, एक आदिम आदमी भाले से मछली का शिकार करता है। वह उसकी स्थिति, लक्ष्यों पर ध्यान देता है और किसी कारण से हमला करता है, जहां मछली दिखाई नहीं दे रही थी। चुक होना? नहीं, मछुआरे के हाथ में शिकार है! बात यह है कि हमारे पूर्वज सहज रूप से उस विषय को समझ गए थे जिसका हम अब अध्ययन करेंगे। रोजमर्रा की जिंदगी में, हम देखते हैं कि एक गिलास पानी में डूबा हुआ चम्मच टेढ़ा दिखाई देता है, जब हम कांच के जार के माध्यम से देखते हैं, तो वस्तुएं टेढ़ी दिखाई देती हैं। हम इन सभी सवालों पर पाठ में विचार करेंगे, जिसका विषय है: “प्रकाश का अपवर्तन। प्रकाश के अपवर्तन का नियम। कुल आंतरिक प्रतिबिंब।

पिछले पाठों में, हमने दो मामलों में किरण के भाग्य के बारे में बात की थी: क्या होता है यदि प्रकाश की किरण एक पारदर्शी सजातीय माध्यम में फैलती है? सही उत्तर यह है कि यह एक सीधी रेखा में फैलेगा। और क्या होगा जब प्रकाश की किरण दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ पर पड़ती है? पिछले पाठ में हमने परावर्तित किरण पुंज के बारे में बात की थी, आज हम प्रकाश पुंज के उस भाग पर विचार करेंगे जो माध्यम द्वारा अवशोषित होता है।

उस किरणपुंज का क्या हश्र होगा जो पहले प्रकाशतः पारदर्शी माध्यम से दूसरे प्रकाशतः पारदर्शी माध्यम में प्रवेश कर गया है?

चावल। 1. प्रकाश का अपवर्तन

यदि एक बीम दो पारदर्शी मीडिया के बीच इंटरफेस पर पड़ता है, तो प्रकाश ऊर्जा का एक हिस्सा पहले माध्यम में लौटता है, एक परावर्तित बीम बनाता है, जबकि दूसरा भाग दूसरे माध्यम में आवक जाता है और, एक नियम के रूप में, इसकी दिशा बदल जाती है।

दो मीडिया के बीच इंटरफेस के माध्यम से इसके पारित होने की स्थिति में प्रकाश के प्रसार की दिशा में परिवर्तन को कहा जाता है प्रकाश का अपवर्तन(चित्र .1)।

चावल। 2. आपतन, अपवर्तन और परावर्तन के कोण

चित्र 2 में हम एक आपतित किरण देखते हैं, आपतन कोण को α द्वारा निरूपित किया जाएगा। किरण जो प्रकाश के अपवर्तित बीम की दिशा निर्धारित करेगी उसे अपवर्तित बीम कहा जाएगा। मीडिया के बीच इंटरफेस के बीच के कोण, घटना के बिंदु से बहाल, और अपवर्तित बीम को अपवर्तन का कोण कहा जाता है, चित्र में यह कोण γ है। तस्वीर को पूरा करने के लिए, हम परावर्तित किरण की एक छवि भी देते हैं और तदनुसार, प्रतिबिंब कोण β। आपतन कोण और अपवर्तन कोण के बीच क्या संबंध है, क्या यह अनुमान लगाना संभव है, आपतन कोण और किरण किस माध्यम से किस माध्यम में किस माध्यम से गुजरी है, यह जानकर अपवर्तन कोण क्या होगा? यह पता चला है कि आप कर सकते हैं!

हम एक कानून प्राप्त करते हैं जो मात्रात्मक रूप से घटना के कोण और अपवर्तन के कोण के बीच संबंध का वर्णन करता है। आइए ह्यूजेन्स सिद्धांत का उपयोग करें, जो एक माध्यम में तरंग के प्रसार को नियंत्रित करता है। कानून में दो भाग होते हैं।

आपतित किरण, अपवर्तित किरण और आपतन बिंदु पर पुनः स्थापित लम्ब एक ही तल में होते हैं.

आपतन कोण की ज्या का अपवर्तन कोण की ज्या से अनुपात दो दिए गए मीडिया के लिए एक स्थिर मान है और इन मीडिया में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है।

इस नियम को स्नेल का नियम कहा जाता है, डच वैज्ञानिक के नाम पर जिन्होंने इसे सबसे पहले प्रतिपादित किया था। अपवर्तन का कारण विभिन्न माध्यमों में प्रकाश की गति में अंतर है। आप दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ पर विभिन्न कोणों पर प्रकाश की एक किरण को प्रयोगात्मक रूप से निर्देशित करके और घटना और अपवर्तन के कोणों को मापकर अपवर्तन के नियम की वैधता को सत्यापित कर सकते हैं। यदि हम इन कोणों को बदल दें, ज्याओं को माप लें और इन कोणों की ज्याओं का अनुपात ज्ञात कर लें, तो हमें विश्वास हो जाएगा कि अपवर्तन का नियम वास्तव में मान्य है।

ह्यूजेंस सिद्धांत का उपयोग करते हुए अपवर्तन के नियम का प्रमाण प्रकाश की तरंग प्रकृति की एक और पुष्टि है।

सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक n 21 दर्शाता है कि पहले माध्यम में प्रकाश V 1 की गति दूसरे माध्यम में प्रकाश V 2 की गति से कितनी बार भिन्न होती है।

सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक इस तथ्य का स्पष्ट प्रदर्शन है कि एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर प्रकाश की दिशा में परिवर्तन का कारण दोनों माध्यमों में प्रकाश की अलग-अलग गति होती है। "माध्यम का ऑप्टिकल घनत्व" शब्द का प्रयोग अक्सर माध्यम के ऑप्टिकल गुणों को चिह्नित करने के लिए किया जाता है (चित्र 3)।

चावल। 3. माध्यम का ऑप्टिकल घनत्व (α > γ)

यदि बीम प्रकाश की उच्च गति वाले माध्यम से प्रकाश की कम गति वाले माध्यम से गुजरती है, तो, जैसा कि चित्र 3 और प्रकाश के अपवर्तन के नियम से देखा जा सकता है, यह लंबवत के खिलाफ दबाया जाएगा, अर्थात , अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होता है। इस मामले में, बीम को कम सघन ऑप्टिकल माध्यम से अधिक वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में पारित करने के लिए कहा जाता है। उदाहरण: हवा से पानी तक; पानी से गिलास तक।

विपरीत स्थिति भी संभव है: पहले माध्यम में प्रकाश की गति दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति से कम है (चित्र 4)।

चावल। 4. माध्यम का ऑप्टिकल घनत्व (α< γ)

तब अपवर्तन का कोण घटना के कोण से अधिक होगा, और इस तरह के संक्रमण को वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से कम प्रकाशिक रूप से सघन माध्यम (कांच से पानी तक) में कहा जाएगा।

दो मीडिया का ऑप्टिकल घनत्व काफी भिन्न हो सकता है, इसलिए तस्वीर (चित्र 5) में दिखाई गई स्थिति संभव हो जाती है:

चावल। 5. मीडिया के ऑप्टिकल घनत्व के बीच का अंतर

उच्च ऑप्टिकल घनत्व वाले माध्यम में, शरीर के सापेक्ष सिर को कैसे विस्थापित किया जाता है, इस पर ध्यान दें।

हालांकि, सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक हमेशा काम के लिए एक सुविधाजनक विशेषता नहीं है, क्योंकि यह पहले और दूसरे मीडिया में प्रकाश की गति पर निर्भर करता है, लेकिन ऐसे कई संयोजन और दो मीडिया (पानी - हवा, कांच) के संयोजन हो सकते हैं -हीरा, ग्लिसरीन-शराब, गिलास-पानी और इतने पर)। टेबल बहुत बोझिल होंगे, यह काम करने के लिए असुविधाजनक होगा, और फिर एक पूर्ण वातावरण पेश किया गया था, जिसकी तुलना में अन्य वातावरणों में प्रकाश की गति की तुलना की जाती है। निर्वात को निरपेक्ष के रूप में चुना गया था और प्रकाश की गति की तुलना निर्वात में प्रकाश की गति से की जाती है।

मध्यम n का पूर्ण अपवर्तक सूचकांक- यह एक ऐसा मान है जो माध्यम के ऑप्टिकल घनत्व को दर्शाता है और प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है साथकिसी दिए गए माध्यम में प्रकाश की गति के लिए निर्वात में।

पूर्ण अपवर्तक सूचकांक काम के लिए अधिक सुविधाजनक है, क्योंकि हम हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति जानते हैं, यह 3·10 8 m/s के बराबर है और एक सार्वभौमिक भौतिक स्थिरांक है।

पूर्ण अपवर्तक सूचकांक बाहरी मापदंडों पर निर्भर करता है: तापमान, घनत्व, और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर भी, इसलिए टेबल आमतौर पर किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य रेंज के लिए औसत अपवर्तक सूचकांक का संकेत देते हैं। यदि हम हवा, पानी और कांच (चित्र 6) के अपवर्तक सूचकांकों की तुलना करते हैं, तो हम देखते हैं कि हवा का अपवर्तनांक एकता के करीब है, इसलिए हम समस्याओं को हल करते समय इसे एक इकाई के रूप में लेंगे।

चावल। 6. विभिन्न मीडिया के लिए पूर्ण अपवर्तक सूचकांकों की तालिका

मीडिया के पूर्ण और सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक के बीच संबंध प्राप्त करना आसान है।

आपेक्षिक अपवर्तक सूचकांक, यानी, एक माध्यम से मध्यम दो में जाने वाली बीम के लिए, दूसरे माध्यम में पूर्ण अपवर्तक सूचकांक के अनुपात के बराबर होता है जो पहले माध्यम में पूर्ण अपवर्तक सूचकांक होता है।

उदाहरण के लिए: = ≈ 1,16

यदि दो मीडिया के पूर्ण अपवर्तक सूचकांक लगभग समान हैं, तो इसका मतलब है कि एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर सापेक्ष अपवर्तक सूचकांक एक के बराबर होगा, अर्थात प्रकाश किरण वास्तव में अपवर्तित नहीं होगी। उदाहरण के लिए, सौंफ के तेल से किसी रत्न में जाते समय, बेरिल व्यावहारिक रूप से प्रकाश को विचलित नहीं करेगा, अर्थात, यह वैसा ही व्यवहार करेगा जैसा कि यह सौंफ के तेल से गुजरते समय करता है, क्योंकि उनका अपवर्तनांक क्रमशः 1.56 और 1.57 है, इसलिए रत्न हो सकता है कैसे एक तरल में छिपाने के लिए, यह बस दिखाई नहीं देगा।

यदि आप एक पारदर्शी गिलास में पानी डालते हैं और कांच की दीवार के माध्यम से प्रकाश में देखते हैं, तो हमें पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना के कारण सतह की चांदी की चमक दिखाई देगी, जिसकी चर्चा अब की जाएगी। जब एक प्रकाश पुंज सघन प्रकाशीय माध्यम से कम सघन प्रकाशिक माध्यम में जाता है, तो एक दिलचस्प प्रभाव देखा जा सकता है। निश्चितता के लिए हम यह मानेंगे कि प्रकाश जल से वायु में जाता है। आइए मान लें कि जलाशय की गहराई में प्रकाश एस का एक बिंदु स्रोत है, जो सभी दिशाओं में किरणों का उत्सर्जन करता है। उदाहरण के लिए, एक गोताखोर टॉर्च चमकाता है।

बीम SO 1 सबसे छोटे कोण पर पानी की सतह पर गिरता है, यह बीम आंशिक रूप से अपवर्तित होता है - बीम O 1 A 1 और आंशिक रूप से वापस पानी में परिलक्षित होता है - बीम O 1 B 1। इस प्रकार, घटना बीम की ऊर्जा का हिस्सा अपवर्तित बीम में स्थानांतरित हो जाता है, और ऊर्जा का शेष भाग परावर्तित बीम में स्थानांतरित हो जाता है।

चावल। 7. पूर्ण आंतरिक परावर्तन

बीम SO 2, जिसका आपतन कोण बड़ा है, को भी दो बीमों में विभाजित किया गया है: अपवर्तित और परावर्तित, लेकिन मूल बीम की ऊर्जा उनके बीच एक अलग तरीके से वितरित की जाती है: अपवर्तित बीम O2 A 2 बीम की तुलना में मंद होगी बीम ओ 1 ए 1, अर्थात, यह ऊर्जा का एक छोटा अंश प्राप्त करेगा, और परावर्तित बीम ओ 2 वी 2, क्रमशः बीम ओ 1 वी 1 की तुलना में उज्जवल होगा, अर्थात यह एक बड़ा हिस्सा प्राप्त करेगा ऊर्जा। जैसे-जैसे घटना का कोण बढ़ता है, उसी नियमितता का पता लगाया जाता है - घटना बीम की ऊर्जा का बढ़ता हिस्सा परावर्तित बीम में जाता है और अपवर्तित बीम में कभी छोटा हिस्सा जाता है। अपवर्तित किरण मंद हो जाती है और किसी बिंदु पर पूरी तरह से गायब हो जाती है, यह गायब होना तब होता है जब घटना का कोण पहुंच जाता है, जो 90 0 के अपवर्तन कोण से मेल खाता है। इस स्थिति में, अपवर्तित बीम OA को पानी की सतह के समानांतर जाना होगा, लेकिन जाने के लिए कुछ भी नहीं है - घटना बीम SO की सारी ऊर्जा पूरी तरह से परावर्तित बीम OB में चली गई। स्वाभाविक रूप से, घटना के कोण में और वृद्धि के साथ, अपवर्तित किरण अनुपस्थित होगी। वर्णित घटना कुल आंतरिक प्रतिबिंब है, अर्थात, माना कोणों पर एक सघन ऑप्टिकल माध्यम स्वयं से किरणों का उत्सर्जन नहीं करता है, वे सभी इसके अंदर परिलक्षित होते हैं। जिस कोण पर यह घटना घटित होती है, उसे कहते हैं कुल आंतरिक प्रतिबिंब का सीमित कोण।

अपवर्तन के नियम से सीमित कोण का मान ज्ञात करना आसान है:

= => = आर्क्सिन, पानी के लिए ≈ 49 0

कुल आंतरिक प्रतिबिंब की घटना का सबसे दिलचस्प और लोकप्रिय अनुप्रयोग तथाकथित वेवगाइड्स या फाइबर ऑप्टिक्स है। इंटरनेट पर आधुनिक दूरसंचार कंपनियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले सिग्नलिंग का यही तरीका है।

हमें प्रकाश के अपवर्तन का नियम मिला, एक नई अवधारणा पेश की - सापेक्ष और पूर्ण अपवर्तक सूचकांक, और कुल आंतरिक प्रतिबिंब की घटना और इसके अनुप्रयोगों, जैसे फाइबर ऑप्टिक्स का भी पता लगाया। आप पाठ खंड में प्रासंगिक परीक्षणों और सिमुलेटरों की जांच करके ज्ञान को समेकित कर सकते हैं।

आइए ह्यूजेंस सिद्धांत का उपयोग करके प्रकाश के अपवर्तन के नियम का प्रमाण प्राप्त करें। यह समझना महत्वपूर्ण है कि अपवर्तन का कारण दो अलग-अलग माध्यमों में प्रकाश की गति में अंतर है। आइए हम पहले माध्यम में प्रकाश की गति को निरूपित करें वी 1 , और दूसरे माध्यम में - वी 2 (चित्र। 8)।

चावल। 8. प्रकाश के अपवर्तन के नियम का प्रमाण

उदाहरण के लिए, हवा से पानी में दो मीडिया के बीच एक सपाट इंटरफ़ेस पर एक समतल प्रकाश तरंग गिरने दें। तरंग सतह एसी किरणों के लिए लंबवत है और, मीडिया एमएन के बीच का इंटरफ़ेस पहले बीम तक पहुंचता है, और बीम एक समय अंतराल ∆t के बाद उसी सतह पर पहुंचता है, जो प्रकाश की गति से विभाजित पथ SW के बराबर होगा पहले माध्यम में।

इसलिए, उस समय जब बिंदु B पर द्वितीयक तरंग केवल उत्तेजित होने लगती है, बिंदु A से तरंग में पहले से ही त्रिज्या AD के साथ एक गोलार्ध का रूप होता है, जो दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति के बराबर होता है: ∆t: AD = ∆t, यानी दृश्य क्रिया में ह्यूजेंस सिद्धांत। एक अपवर्तित तरंग की तरंग सतह दूसरे माध्यम में सभी माध्यमिक तरंगों के लिए एक सतह स्पर्शरेखा खींचकर प्राप्त की जा सकती है, जिसके केंद्र मीडिया के बीच इंटरफेस पर स्थित हैं, इस मामले में यह विमान बीडी है, यह इसका लिफाफा है द्वितीयक तरंगें। बीम का आपतन कोण α त्रिभुज ABC में कोण CAB के बराबर है, इनमें से एक कोण की भुजाएँ दूसरे की भुजाओं के लंबवत हैं। इसलिए, SW पहले माध्यम में प्रकाश की गति ∆t के बराबर होगा

सीबी = एटी = एबी पाप α

बदले में, अपवर्तन कोण त्रिभुज ABD में कोण ABD के बराबर होगा, इसलिए:

AD = ∆t = AB sin γ

भावों को पदों से विभाजित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

n एक स्थिर मान है जो आपतन कोण पर निर्भर नहीं करता है।

हमने प्रकाश के अपवर्तन का नियम प्राप्त किया है, अपवर्तन कोण की ज्या से अपवर्तन कोण की ज्या दिए गए दो माध्यमों के लिए एक स्थिर मान है और दो दिए गए माध्यमों में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है।

अपारदर्शी दीवारों वाला एक घनाकार बर्तन इस तरह से स्थित है कि पर्यवेक्षक की आंख उसके तल को नहीं देखती है, लेकिन पोत सीडी की दीवार को पूरी तरह से देखती है। बर्तन में कितना पानी डाला जाना चाहिए ताकि प्रेक्षक कोने D से b = 10 सेमी की दूरी पर स्थित वस्तु F को देख सके? वेसल एज α = 40 सेमी (चित्र 9)।

इस समस्या को हल करने में क्या बहुत महत्वपूर्ण है? मान लीजिए कि चूंकि आंख बर्तन के तल को नहीं देखती है, लेकिन बगल की दीवार के चरम बिंदु को देखती है, और बर्तन एक घन है, तो जब हम इसे डालते हैं तो पानी की सतह पर बीम का आपतन कोण होगा 45 0 के बराबर हो।

चावल। 9. परीक्षा का कार्य

बीम बिंदु F पर गिरती है, जिसका अर्थ है कि हम वस्तु को स्पष्ट रूप से देखते हैं, और काली बिंदीदार रेखा बीम के पाठ्यक्रम को दिखाती है यदि पानी नहीं होता, अर्थात बिंदु D तक। त्रिभुज NFC से, कोण की स्पर्शरेखा β, अपवर्तन के कोण का स्पर्शरेखा, आसन्न पैर के विपरीत पैर का अनुपात है या, आकृति के आधार पर, h माइनस b को h से विभाजित किया गया है।

tg β = =, h उस द्रव की ऊंचाई है जिसे हमने डाला है;

फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में कुल आंतरिक प्रतिबिंब की सबसे तीव्र घटना का उपयोग किया जाता है।

चावल। 10. फाइबर ऑप्टिक्स

यदि प्रकाश की एक किरण को एक ठोस कांच की नली के अंत की ओर निर्देशित किया जाता है, तो कई पूर्ण आंतरिक परावर्तन के बाद किरण ट्यूब के विपरीत दिशा से निकलेगी। यह पता चला है कि ग्लास ट्यूब प्रकाश तरंग या वेवगाइड का संवाहक है। यह तब होगा जब ट्यूब सीधी हो या घुमावदार (चित्र 10)। पहला लाइट गाइड, यह वेव गाइड का दूसरा नाम है, इसका उपयोग हार्ड-टू-पहुंच स्थानों को रोशन करने के लिए किया गया था (चिकित्सा अनुसंधान के दौरान, जब प्रकाश गाइड के एक छोर पर प्रकाश की आपूर्ति की जाती है, और दूसरा छोर सही जगह को रोशन करता है) . मुख्य अनुप्रयोग चिकित्सा है, मोटरों की खराबी, हालांकि, इस तरह के वेवगाइड्स का उपयोग सूचना प्रसारण प्रणालियों में सबसे अधिक किया जाता है। एक प्रकाश तरंग की वाहक आवृत्ति एक रेडियो सिग्नल की आवृत्ति का एक लाख गुना है, जिसका अर्थ है कि एक प्रकाश तरंग का उपयोग करके हम जितनी जानकारी संचारित कर सकते हैं, वह रेडियो तरंगों द्वारा प्रसारित सूचना की मात्रा से लाखों गुना अधिक है। बड़ी मात्रा में जानकारी को सरल और सस्ते तरीके से संप्रेषित करने का यह एक शानदार अवसर है। एक नियम के रूप में, लेजर विकिरण का उपयोग करके एक फाइबर केबल पर सूचना प्रसारित की जाती है। बड़ी मात्रा में प्रेषित सूचना वाले कंप्यूटर सिग्नल के तेज और उच्च-गुणवत्ता वाले प्रसारण के लिए फाइबर ऑप्टिक्स अपरिहार्य है। और इस सब के केंद्र में प्रकाश के अपवर्तन जैसी सरल और सामान्य घटना है।

ग्रन्थसूची

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गृहकार्य

1. प्रकाश के अपवर्तन को परिभाषित कीजिए।
2. प्रकाश के अपवर्तन का कारण लिखिए।
3. पूर्ण आंतरिक परावर्तन के सर्वाधिक लोकप्रिय अनुप्रयोगों के नाम लिखिए।

व्याख्यान 23 ज्यामितीय प्रकाशिकी

व्याख्यान 23 ज्यामितीय प्रकाशिकी

1. प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियम।

2. पूर्ण आंतरिक परावर्तन। फाइबर ऑप्टिक्स।

3. लेंस। लेंस की ऑप्टिकल शक्ति।

4. लेंस विपथन।

5. बुनियादी अवधारणाएं और सूत्र।

6. कार्य।

प्रकाश के प्रसार से संबंधित कई समस्याओं को हल करते समय, एक प्रकाश किरण की अवधारणा के आधार पर ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों का उपयोग एक रेखा के रूप में किया जा सकता है जिसके साथ एक प्रकाश तरंग की ऊर्जा फैलती है। समांगी माध्यम में प्रकाश की किरणें सरल रेखीय होती हैं। ज्यामितीय प्रकाशिकी तरंग प्रकाशिकी का सीमित मामला है क्योंकि तरंग दैर्ध्य शून्य हो जाता है (λ →0).

23.1। प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन के नियम। कुल आंतरिक प्रतिबिंब, प्रकाश गाइड

प्रतिबिंब के नियम

प्रकाश का प्रतिबिंब- एक घटना जो दो मीडिया के बीच इंटरफेस में होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश किरण अपने प्रसार की दिशा बदल देती है, पहले माध्यम में शेष रहती है। परावर्तन की प्रकृति परावर्तक सतह की अनियमितताओं के आयाम (एच) और तरंग दैर्ध्य के बीच के अनुपात पर निर्भर करती है (λ) घट विकिरण।

परावर्तन प्रसार

जब अनियमितताएं बेतरतीब ढंग से स्थित होती हैं, और उनके आकार तरंग दैर्ध्य के क्रम के होते हैं या उससे अधिक होते हैं, तो वहाँ होता है परावर्तन प्रसार- विभिन्न दिशाओं में प्रकाश का प्रकीर्णन। यह विसरित परावर्तन के कारण होता है कि गैर-चमकदार पिंड तब दिखाई देते हैं जब प्रकाश उनकी सतहों से परावर्तित होता है।

दर्पण प्रतिबिंब

यदि तरंग दैर्ध्य की तुलना में अनियमितताओं के आयाम छोटे हैं (एच<< λ), то возникает направленное, или आईना,प्रकाश का परावर्तन (चित्र 23.1)। इस मामले में, निम्नलिखित कानून पूरे होते हैं।

आपतित किरण पुंज, परावर्तित पुंज और दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ के अभिलम्ब, पुंज के आपतन बिंदु से खींचे गए, एक ही तल में स्थित होते हैं।

परावर्तन कोण आपतन कोण के बराबर होता है:β = एक।

चावल। 23.1।स्पेक्युलर रिफ्लेक्शन में किरणों का कोर्स

अपवर्तन के नियम

जब एक प्रकाश पुँज दो पारदर्शी माध्यमों के बीच इंटरफ़ेस पर पड़ता है, तो इसे दो पुंजों में विभाजित किया जाता है: परावर्तित और अपवर्तित(चित्र 23.2)। अपवर्तित किरण अपनी दिशा बदलते हुए, दूसरे माध्यम में फैलती है। माध्यम की ऑप्टिकल विशेषता है शुद्ध

चावल। 23.2।अपवर्तन पर किरणों का मार्ग

अपवर्तक सूचकांक,जो निर्वात में प्रकाश की गति और इस माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है:

अपवर्तित बीम की दिशा दो मीडिया के अपवर्तक सूचकांकों के अनुपात पर निर्भर करती है। अपवर्तन के निम्नलिखित नियम पूरे होते हैं।

आपतित किरण पुंज, अपवर्तित पुंज और दो माध्यमों के बीच के अंतरापृष्ठ के अभिलम्ब, पुंज के आपतन बिंदु से खींचे गए, एक ही तल में स्थित होते हैं।

अपवर्तन के कोण की ज्या के लिए घटना के कोण की ज्या का अनुपात दूसरे और पहले मीडिया के पूर्ण अपवर्तक सूचकांकों के अनुपात के बराबर एक स्थिर मूल्य है:

23.2। कुल आंतरिक प्रतिबिंब। फाइबर ऑप्टिक्स

एक उच्च अपवर्तक सूचकांक n 1 (ऑप्टिकल रूप से सघन) वाले माध्यम से कम अपवर्तक सूचकांक n 2 (वैकल्पिक रूप से कम सघन) वाले माध्यम से प्रकाश के संक्रमण पर विचार करें। चित्र 23.3 कांच-वायु अंतरापृष्ठ पर आपतित किरणों को दर्शाता है। कांच के लिए, अपवर्तनांक n 1 = 1.52; हवा के लिए n 2 = 1.00।

चावल। 23.3।पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना (n 1 > n 2)

आपतन कोण में वृद्धि से अपवर्तन कोण में वृद्धि होती है जब तक अपवर्तन कोण 90° नहीं हो जाता। घटना के कोण में और वृद्धि के साथ, घटना किरण अपवर्तित नहीं होती है, लेकिन पूरी तरहइंटरफ़ेस से परिलक्षित होता है। इस घटना को कहा जाता है कुल आंतरिक प्रतिबिंब।यह तब देखा जाता है जब प्रकाश सघन माध्यम से सीमा पर कम सघन माध्यम से आपतित होता है और इसमें निम्नलिखित शामिल होते हैं।

यदि घटना का कोण इन मीडिया के लिए सीमित कोण से अधिक है, तो इंटरफ़ेस पर कोई अपवर्तन नहीं होता है और घटना प्रकाश पूरी तरह से परिलक्षित होता है।

घटना का सीमित कोण संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है

परावर्तित और अपवर्तित बीम की तीव्रता का योग घटना बीम की तीव्रता के बराबर है। जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है, परावर्तित किरण की तीव्रता बढ़ती जाती है, जबकि अपवर्तित किरण की तीव्रता घटती जाती है, और आपतन के सीमित कोण के लिए शून्य के बराबर हो जाता है।

फाइबर ऑप्टिक्स

संपूर्ण आंतरिक परावर्तन की परिघटना का उपयोग लचीले प्रकाश गाइडों में किया जाता है।

यदि प्रकाश को कोण के निचले अपवर्तक सूचकांक के साथ एक आवरण से घिरे पतले ग्लास फाइबर के अंत में निर्देशित किया जाता है, तो प्रकाश फाइबर के माध्यम से फैलेगा, ग्लास-क्लैडिंग इंटरफ़ेस पर कुल प्रतिबिंब का अनुभव करेगा। ऐसा रेशा कहलाता है प्रकाश मार्गदर्शक।प्रकाश गाइड के मोड़ प्रकाश के मार्ग में हस्तक्षेप नहीं करते हैं

आधुनिक प्रकाश गाइडों में, इसके अवशोषण के परिणामस्वरूप प्रकाश का नुकसान बहुत कम होता है (10% प्रति किमी के क्रम में), जो उन्हें फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में उपयोग करना संभव बनाता है। चिकित्सा में, एंडोस्कोप बनाने के लिए पतले प्रकाश गाइड के बंडलों का उपयोग किया जाता है, जो खोखले आंतरिक अंगों की दृश्य परीक्षा के लिए उपयोग किया जाता है (चित्र। 23.5)। एंडोस्कोप में तंतुओं की संख्या एक लाख तक पहुंच जाती है।

एक सामान्य बंडल में रखी गई एक अलग प्रकाश गाइड चैनल की मदद से, आंतरिक अंगों पर चिकित्सीय प्रभाव के उद्देश्य से लेजर विकिरण प्रसारित किया जाता है।

चावल। 23.4।फाइबर के माध्यम से प्रकाश किरणों का प्रसार

चावल। 23.5।एंडोस्कोप

प्राकृतिक प्रकाश गाइड भी हैं। उदाहरण के लिए, जड़ी-बूटी वाले पौधों में, तना एक प्रकाश मार्गदर्शक की भूमिका निभाता है जो पौधे के भूमिगत भाग में प्रकाश लाता है। तने की कोशिकाएँ समानांतर स्तंभ बनाती हैं, जो औद्योगिक प्रकाश गाइडों के डिज़ाइन की याद दिलाती है। अगर

इस तरह के एक स्तंभ को रोशन करने के लिए, एक माइक्रोस्कोप के माध्यम से इसकी जांच करने पर, यह स्पष्ट है कि इसकी दीवारें अँधेरी रहती हैं, और प्रत्येक कोशिका के अंदर चमकीला प्रकाश होता है। जिस गहराई तक प्रकाश इस तरह से पहुँचाया जाता है वह 4-5 सेमी से अधिक नहीं होता है, लेकिन इस तरह के एक छोटे से प्रकाश गाइड के लिए एक जड़ी-बूटी वाले पौधे के भूमिगत भाग को प्रकाश प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।

23.3। लेंस। लेंस की ऑप्टिकल शक्ति

लेंस -एक पारदर्शी शरीर, आमतौर पर दो गोलाकार सतहों से घिरा होता है, जिनमें से प्रत्येक उत्तल या अवतल हो सकता है। इन गोलों के केन्द्रों से होकर जाने वाली सीधी रेखा कहलाती है लेंस का मुख्य ऑप्टिकल अक्ष(शब्द घरआमतौर पर छोड़ा गया)।

एक लेंस जिसकी अधिकतम मोटाई दोनों गोलाकार सतहों की त्रिज्या से बहुत कम होती है, कहलाती है पतला।

लेंस से गुजरते हुए, प्रकाश पुंज दिशा बदलता है - विक्षेपित होता है। यदि विचलन पक्ष में है ऑप्टिकल अक्ष,तो लेंस कहा जाता है एकत्रअन्यथा लेंस कहा जाता है बिखरना।

प्रकाशीय अक्ष के समांतर अभिसारी लेंस पर आपतित कोई भी किरण, अपवर्तन के बाद, प्रकाशिक अक्ष (F) पर एक बिंदु से गुजरती है, कहलाती है मुख्य सकेंद्रित(चित्र। 23.6, ए)। अपसारी लेंस के लिए फोकस से होकर गुजरता है विस्तारअपवर्तित बीम (चित्र। 23.6, बी)।

प्रत्येक लेंस के दोनों ओर दो फोकस होते हैं। फोकस से लेंस के केंद्र तक की दूरी कहलाती है मुख्य फोकल लंबाई(एफ)।

चावल। 23.6।अभिसारी (a) और अपसारी (b) लेंसों का फोकस

गणना सूत्रों में, f को "+" चिन्ह के साथ लिया जाता है सभालेंस और "-" चिन्ह के साथ बिखरनेलेंस।

फोकस दूरी का व्युत्क्रम कहलाता है लेंस की ऑप्टिकल शक्ति:डी = 1/च। ऑप्टिकल शक्ति की इकाई - डायोप्टर(डीपीटीआर)। 1 डायोप्टर एक लेंस की ऑप्टिकल शक्ति है जिसकी फोकल लंबाई 1 मीटर है।

ऑप्टिकल शक्तिपतला लेंस और फोकल लम्बाईगोले की त्रिज्या और पर्यावरण के सापेक्ष लेंस पदार्थ के अपवर्तक सूचकांक पर निर्भर करता है:

जहाँ आर 1 , आर 2 - लेंस सतहों की वक्रता की त्रिज्या; n पर्यावरण के सापेक्ष लेंस पदार्थ का अपवर्तनांक है; के लिए "+" चिह्न लिया जाता है उत्तलसतह, और चिह्न "-" - के लिए अवतल।सतहों में से एक सपाट हो सकती है। इस स्थिति में, R = ∞ लें , 1/आर = 0।

चित्र लेने के लिए लेंस का उपयोग किया जाता है। अभिसारी लेंस के ऑप्टिकल अक्ष के लंबवत स्थित एक वस्तु पर विचार करें, और इसके ऊपरी बिंदु A की एक छवि बनाएं। संपूर्ण वस्तु की छवि भी लेंस की धुरी के लंबवत होगी। लेंस के सापेक्ष वस्तु की स्थिति के आधार पर, किरणों के अपवर्तन के दो मामले संभव हैं, चित्र में दिखाया गया है। 23.7।

1. यदि वस्तु से लेंस की दूरी फोकस दूरी f से अधिक हो जाती है, तो बिंदु A द्वारा उत्सर्जित किरणें लेंस से गुजरने के बाद इंटरसेक्टबिंदु A पर, जिसे कहा जाता है वास्तविक छवि।वास्तविक प्रतिबिम्ब प्राप्त होता है उल्टा।

2. यदि वस्तु से लेंस की दूरी फोकस दूरी f से कम है, तो बिंदु A द्वारा उत्सर्जित किरणें लेंस से गुजरने के बाद जाति-

चावल। 23.7।एक अभिसारी लेंस द्वारा दी गई वास्तविक (ए) और काल्पनिक (बी) छवियां

चारों ओर चलनाऔर बिंदु A" पर उनके विस्तार प्रतिच्छेद करते हैं। इस बिंदु को कहा जाता है काल्पनिक छवि।काल्पनिक छवि प्राप्त होती है प्रत्यक्ष।

अपसारी लेंस किसी वस्तु की उसकी सभी स्थितियों में आभासी प्रतिबिम्ब देता है (चित्र 23.8)।

चावल। 23.8.अपसारी लेंस द्वारा दी गई आभासी छवि

छवि की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है लेंस फॉर्मूला,जो प्रावधानों के बीच एक संबंध स्थापित करता है अंकऔर वह इमेजिस

जहाँ f फोकल लंबाई है (अपसारी लेंस के लिए यह नकारात्मक)ए 1 - वस्तु से लेंस तक की दूरी; a 2 छवि से लेंस की दूरी है ("+" चिह्न वास्तविक छवि के लिए लिया जाता है, और "-" चिह्न आभासी छवि के लिए लिया जाता है)।

चावल। 23.9।लेंस फॉर्मूला विकल्प

एक छवि के आकार का एक वस्तु के आकार के अनुपात को कहा जाता है रैखिक वृद्धि:

रैखिक वृद्धि की गणना सूत्र k = a 2 / a 1 द्वारा की जाती है। लेंस (यहां तक ​​कि पतला)पालन ​​​​करते हुए "सही" छवि देंगे लेंस सूत्र,केवल अगर निम्नलिखित शर्तें पूरी होती हैं:

लेंस का अपवर्तक सूचकांक प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है, या प्रकाश पर्याप्त है मोनोक्रोमैटिक।

इमेजिंग लेंस का उपयोग करते समय असलीविषय, ये प्रतिबंध, एक नियम के रूप में, पूरे नहीं होते हैं: फैलाव होता है; वस्तु के कुछ बिंदु प्रकाशिक अक्ष से दूर स्थित होते हैं; घटना प्रकाश किरणें समांतर नहीं हैं, लेंस पतला नहीं है। यह सब की ओर जाता है विरूपणइमेजिस। विरूपण को कम करने के लिए, ऑप्टिकल उपकरणों के लेंस एक दूसरे के करीब स्थित कई लेंसों से बने होते हैं। ऐसे लेंस की ऑप्टिकल शक्ति लेंस की ऑप्टिकल शक्तियों के योग के बराबर होती है:

23.4। लेंस विपथन

aberrationsलेंस का उपयोग करते समय होने वाली छवि त्रुटियों का एक सामान्य नाम है। aberrations (लैटिन से "aberratio"- विचलन), जो केवल गैर-मोनोक्रोमैटिक प्रकाश में दिखाई देते हैं, कहलाते हैं रंगीन।अन्य सभी प्रकार के विपथन हैं एकरंगाचूंकि उनकी अभिव्यक्ति वास्तविक प्रकाश की जटिल वर्णक्रमीय संरचना से जुड़ी नहीं है।

1. गोलाकार विपथन- एकरंगाविपथन इस तथ्य के कारण होता है कि लेंस के चरम (परिधीय) भाग बिंदु स्रोत से आने वाली किरणों को उसके मध्य भाग की तुलना में अधिक दृढ़ता से विचलित करते हैं। इसके परिणामस्वरूप, लेंस के परिधीय और मध्य क्षेत्र एक बिंदु स्रोत S 1 (चित्र। 23.10) की अलग-अलग छवियां (क्रमशः S 2 और S "2) बनाते हैं। इसलिए, स्क्रीन की किसी भी स्थिति में, छवि उस पर एक चमकीले स्थान के रूप में प्राप्त होता है।

अवतल और उत्तल लेंस प्रणाली का उपयोग करके इस प्रकार के विपथन को समाप्त किया जाता है।

चावल। 23.10.गोलाकार विपथन

2. दृष्टिवैषम्य- एकरंगाविपथन, इस तथ्य में शामिल है कि एक बिंदु की छवि में एक अण्डाकार स्थान का रूप होता है, जो छवि तल के कुछ स्थानों पर एक खंड में पतित हो जाता है।

दृष्टिवैषम्य तिरछा बीमप्रकट होता है जब एक बिंदु से निकलने वाली किरणें ऑप्टिकल अक्ष के साथ महत्वपूर्ण कोण बनाती हैं। चित्र 23.11 में, बिंदु स्रोत द्वितीयक ऑप्टिकल अक्ष पर स्थित है। इस मामले में, दो छवियां विमानों I और II में एक दूसरे के लंबवत स्थित सीधी रेखाओं के खंडों के रूप में दिखाई देती हैं। स्रोत की छवि केवल विमानों I और II के बीच एक धुंधले स्थान के रूप में प्राप्त की जा सकती है।

विषमता के कारण दृष्टिवैषम्यऑप्टिकल प्रणाली। इस प्रकार का दृष्टिवैषम्य तब होता है जब प्रकाश की किरण के संबंध में ऑप्टिकल प्रणाली की समरूपता प्रणाली के डिजाइन के कारण ही टूट जाती है। इस विपथन के साथ, लेंस एक ऐसी छवि बनाते हैं जिसमें अलग-अलग दिशाओं में उन्मुख रूपरेखाओं और रेखाओं में अलग-अलग तीक्ष्णता होती है। यह बेलनाकार लेंस (चित्र। 23.11, बी) में देखा गया है।

एक बेलनाकार लेंस एक बिंदु वस्तु की एक रेखीय छवि बनाता है।

चावल। 23.11.दृष्टिवैषम्य: तिरछी बीम (ए); लेंस की बेलनाकारता के कारण (बी)

आंख में, दृष्टिवैषम्य तब बनता है जब लेंस और कॉर्निया सिस्टम की वक्रता में विषमता होती है। दृष्टिवैषम्य को ठीक करने के लिए, ऐसे चश्मे का उपयोग किया जाता है जिनकी अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग वक्रता होती है।

3. विकृति(विरूपण)। जब वस्तु द्वारा भेजी गई किरणें प्रकाशीय अक्ष के साथ बड़ा कोण बनाती हैं, तो दूसरी तरह का पाया जाता है एकरंगाविचलन - विरूपण।इस मामले में, वस्तु और छवि के बीच ज्यामितीय समानता का उल्लंघन होता है। कारण यह है कि वास्तव में लेंस द्वारा दिया गया रेखीय आवर्धन किरणों के आपतन कोण पर निर्भर करता है। नतीजतन, स्क्वायर ग्रिड छवि या तो लेती है तकिया-,या बैरल के आकार कादेखें (चित्र। 23.12)।

विकृति का मुकाबला करने के लिए, विपरीत विकृति वाले लेंस सिस्टम का चयन किया जाता है।

चावल। 23.12.विरूपण: ए - पिनकुशन, बी - बैरल

4. रंगीन विपथनखुद को इस तथ्य में प्रकट करता है कि एक बिंदु से निकलने वाली सफेद रोशनी की एक किरण एक इंद्रधनुषी चक्र के रूप में अपनी छवि देती है, बैंगनी किरणें लाल वाले की तुलना में लेंस के करीब पहुंचती हैं (चित्र। 23.13)।

रंगीन विपथन का कारण घटना प्रकाश (फैलाव) की तरंग दैर्ध्य पर किसी पदार्थ के अपवर्तक सूचकांक की निर्भरता है। प्रकाशिकी में इस विपथन को ठीक करने के लिए, विभिन्न फैलाव वाले चश्मे (एक्रोमैट्स, एपोक्रोमैट्स) से बने लेंस का उपयोग किया जाता है।

चावल। 23.13।रंगीन पथांतरण

23.5। बुनियादी अवधारणाएं और सूत्र

तालिका निरंतरता

तालिका का अंत

23.6। कार्य

1. हवा के बुलबुले पानी में क्यों चमकते हैं?

उत्तर:जल-वायु अंतरापृष्ठ पर प्रकाश के परावर्तन के कारण।

2. पतली दीवार वाले पानी के गिलास में चम्मच बड़ा क्यों दिखाई देता है?

उत्तर:गिलास में पानी एक बेलनाकार अभिसारी लेंस के रूप में कार्य करता है। हम एक काल्पनिक आवर्धित छवि देखते हैं।

3. लेंस की ऑप्टिकल शक्ति 3 डायोप्टर है। लेंस की फोकस दूरी कितनी होती है? सेमी में अपना उत्तर व्यक्त करें।

समाधान

डी \u003d 1 / एफ, एफ \u003d 1 / डी \u003d 1/3 \u003d 0.33 मीटर। उत्तर:च = 33 सेमी.

4. दोनों लेंसों की फोकस दूरियाँ क्रमशः बराबर हैं: f = +40 सेमी, f 2 = -40 सेमी। उनकी प्रकाशिक शक्तियाँ ज्ञात कीजिए।

6. स्वच्छ मौसम में आप एक अभिसारी लेंस की फोकस दूरी कैसे ज्ञात कर सकते हैं?

समाधान

सूर्य से पृथ्वी की दूरी इतनी अधिक है कि लेंस पर पड़ने वाली सभी किरणें एक दूसरे के समानांतर होती हैं। यदि आपको स्क्रीन पर सूर्य का प्रतिबिम्ब मिलता है, तो लेंस से स्क्रीन की दूरी फोकस दूरी के बराबर होगी।

7. 20 सेमी की फोकल लंबाई वाले लेंस के लिए, उस वस्तु की दूरी ज्ञात करें जिस पर वास्तविक छवि का रैखिक आकार होगा: ए) वस्तु के आकार से दोगुना बड़ा; बी) वस्तु के आकार के बराबर; c) वस्तु का आधा आकार।

8. सामान्य दृष्टि वाले व्यक्ति के लिए लेंस की ऑप्टिकल शक्ति 25 डाइऑप्टर है। अपवर्तक सूचकांक 1.4। लेंस की वक्रता की त्रिज्या की गणना करें यदि यह ज्ञात है कि एक वक्रता की त्रिज्या दूसरी से दोगुनी है।

ज्यामितीय और तरंग प्रकाशिकी। इन दृष्टिकोणों को लागू करने की शर्तें (तरंग दैर्ध्य और वस्तु के आकार के अनुपात से)। लहर की संगति। स्थानिक और लौकिक सुसंगतता की अवधारणा। मजबूर उत्सर्जन। लेजर विकिरण की विशेषताएं। लेजर के संचालन की संरचना और सिद्धांत।

इस तथ्य के कारण कि प्रकाश एक तरंग घटना है, हस्तक्षेप होता है, जिसके परिणामस्वरूप सीमितप्रकाश की किरण किसी एक दिशा में नहीं फैलती है, लेकिन इसका एक सीमित कोणीय वितरण होता है, अर्थात विवर्तन होता है। हालांकि, उन मामलों में जहां तरंग दैर्ध्य की तुलना में प्रकाश पुंजों के विशिष्ट अनुप्रस्थ आयाम पर्याप्त रूप से बड़े होते हैं, कोई प्रकाश किरण के विचलन की उपेक्षा कर सकता है और यह मान सकता है कि यह एक ही दिशा में फैलता है: प्रकाश किरण के साथ।

वेव ऑप्टिक्स प्रकाशिकी की एक शाखा है जो प्रकाश के प्रसार का वर्णन करती है, इसकी तरंग प्रकृति को ध्यान में रखते हुए। तरंग प्रकाशिकी की परिघटना - व्यतिकरण, विवर्तन, ध्रुवीकरण आदि।

तरंग हस्तक्षेप - अंतरिक्ष में एक साथ फैलने वाली दो या दो से अधिक सुसंगत तरंगों के आयाम का पारस्परिक प्रवर्धन या क्षीणन।

तरंगों का विवर्तन एक ऐसी घटना है जो तरंगों के प्रसार के दौरान ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों से विचलन के रूप में प्रकट होती है।

ध्रुवीकरण - मुख्य रूप से अंतरिक्ष में किसी भी वस्तु के पृथक्करण से जुड़ी प्रक्रियाएँ और अवस्थाएँ।

भौतिकी में, सुसंगतता समय में कई दोलन या तरंग प्रक्रियाओं का सहसंबंध (स्थिरता) है, जो उनके जोड़े जाने पर स्वयं प्रकट होती है। दोलन सुसंगत होते हैं यदि उनके चरणों के बीच का अंतर समय में स्थिर होता है और जब दोलनों को जोड़ा जाता है, तो समान आवृत्ति का एक दोलन प्राप्त होता है।

यदि दो दोलनों का चरण अंतर बहुत धीरे-धीरे बदलता है, तो दोलनों को कुछ समय के लिए सुसंगत कहा जाता है। इस समय को सुसंगतता का समय कहा जाता है।

स्थानिक जुटना - तरंग प्रसार की दिशा में लंबवत विमान में विभिन्न बिंदुओं पर एक ही समय में होने वाले दोलनों का जुड़ाव।

उत्तेजित उत्सर्जन - उत्प्रेरण फोटॉन के प्रभाव में एक उत्तेजित अवस्था से एक स्थिर अवस्था (निम्न ऊर्जा स्तर) तक एक क्वांटम प्रणाली (परमाणु, अणु, नाभिक, आदि) के संक्रमण के दौरान एक नए फोटॉन की पीढ़ी, की ऊर्जा जो ऊर्जा स्तरों में अंतर के बराबर था। निर्मित फोटॉन में उत्प्रेरण फोटॉन (जो अवशोषित नहीं होता है) के समान ऊर्जा, संवेग, चरण और ध्रुवीकरण होता है।

लेजर विकिरण निरंतर हो सकता है, एक स्थिर शक्ति के साथ, या स्पंदित हो सकता है, अत्यंत उच्च शिखर शक्तियों तक पहुँच सकता है। कुछ योजनाओं में, लेजर के कामकाजी तत्व को दूसरे स्रोत से विकिरण के लिए ऑप्टिकल एम्पलीफायर के रूप में प्रयोग किया जाता है।

लेजर के संचालन का भौतिक आधार उत्तेजित (प्रेरित) विकिरण की घटना है। घटना का सार यह है कि एक उत्साहित परमाणु दूसरे फोटॉन के प्रभाव में बिना अवशोषण के एक फोटॉन का उत्सर्जन करने में सक्षम होता है, अगर बाद की ऊर्जा परमाणु के पहले और बाद के स्तर की ऊर्जा में अंतर के बराबर होती है। उत्सर्जन। इस मामले में, उत्सर्जित फोटॉन उस फोटॉन के अनुरूप होता है जो विकिरण का कारण बनता है (यह इसकी "सटीक प्रति" है)। इस प्रकार प्रकाश प्रवर्धित होता है। यह घटना स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन से भिन्न है, जिसमें उत्सर्जित फोटॉनों में प्रसार, ध्रुवीकरण और चरण की यादृच्छिक दिशाएँ होती हैं।

सभी लेज़रों में तीन मुख्य भाग होते हैं:

सक्रिय (कामकाजी) वातावरण;

पंपिंग सिस्टम (ऊर्जा स्रोत);

ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र (अनुपस्थित हो सकता है यदि लेजर एम्पलीफायर मोड में संचालित होता है)।

उनमें से प्रत्येक अपने विशिष्ट कार्यों को करने के लिए लेजर के संचालन के लिए प्रदान करता है।

ज्यामितीय प्रकाशिकी। पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना। कुल प्रतिबिंब का सीमित कोण। किरणों का क्रम। फाइबर ऑप्टिक्स।

ज्यामितीय प्रकाशिकी प्रकाशिकी की एक शाखा है जो पारदर्शी मीडिया में प्रकाश प्रसार के नियमों का अध्ययन करती है और ऑप्टिकल सिस्टम में प्रकाश के पारित होने के दौरान इसकी तरंग गुणों को ध्यान में रखे बिना छवियों के निर्माण के सिद्धांतों का अध्ययन करती है।

पूर्ण आंतरिक परावर्तन आंतरिक परावर्तन होता है बशर्ते कि आपतन कोण किसी क्रांतिक कोण से अधिक हो। इस मामले में, घटना तरंग पूरी तरह से परिलक्षित होती है, और प्रतिबिंब गुणांक का मान पॉलिश सतहों के लिए अपने उच्चतम मूल्यों से अधिक होता है। कुल आंतरिक प्रतिबिंब के लिए प्रतिबिंब गुणांक तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है।

कुल आंतरिक प्रतिबिंब का सीमित कोण

घटना का कोण जिस पर अपवर्तित बीम एक वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में संक्रमण के बिना दो मीडिया के बीच इंटरफेस के साथ स्लाइड करना शुरू कर देता है

रे पथदर्पण, प्रिज्म और लेंस में

एक बिंदु स्रोत से प्रकाश किरणें सभी दिशाओं में फैलती हैं। ऑप्टिकल सिस्टम में, पीछे की ओर झुकना और मीडिया के बीच के इंटरफेस से परावर्तित होना, कुछ किरणें फिर से किसी बिंदु पर प्रतिच्छेद कर सकती हैं। बिन्दु को बिन्दु बिंब कहते हैं। जब एक किरण दर्पण से उछलती है, तो कानून पूरा हो जाता है: "परावर्तित किरण हमेशा एक ही विमान में घटना किरण के रूप में होती है और उछाल वाली सतह के लिए सामान्य होती है, जो घटना के बिंदु से गुजरती है, और घटना के कोण से घटाया जाता है यह सामान्य बाउंसिंग कोण के बराबर है।"

फाइबर ऑप्टिक्स - इस शब्द का अर्थ है

प्रकाशिकी की शाखा जो ऑप्टिकल फाइबर में होने वाली भौतिक घटनाओं का अध्ययन करती है, या

सटीक इंजीनियरिंग उद्योगों के उत्पाद, जिनमें ऑप्टिकल फाइबर पर आधारित घटक शामिल हैं।

फाइबर-ऑप्टिक उपकरणों में लेजर, एम्पलीफायर, मल्टीप्लेक्सर्स, डीमुल्टिप्लेक्सर्स और कई अन्य शामिल हैं। फाइबर ऑप्टिक घटकों में इंसुलेटर, दर्पण, कनेक्टर, स्प्लिटर्स आदि शामिल हैं। फाइबर ऑप्टिक डिवाइस का आधार इसका ऑप्टिकल सर्किट है - एक निश्चित क्रम में जुड़े फाइबर ऑप्टिक घटकों का एक सेट। ऑप्टिकल सर्किट फीडबैक के साथ या बिना बंद या खुले हो सकते हैं।