משמש במה שנקרא סיבים אופטיים. סיבים אופטיים הוא ענף באופטיקה העוסק בהעברת קרינת אור דרך מובילי אור סיבים אופטיים. מובילי אור סיבים אופטיים הם מערכת של סיבים שקופים בודדים המורכבים לצרורות (צרורות). אור, הנכנס לתוך סיב שקוף מוקף בחומר בעל מקדם שבירה נמוך יותר, מוחזר פעמים רבות ומתפשט לאורך הסיב (ראה איור 5.3).

1) ברפואה ובאבחון וטרינרי, מובילי אור משמשים בעיקר להארת חללים פנימיים והעברת תמונות.

דוגמה אחת לשימוש בסיבים אופטיים ברפואה היא אנדוסקופ- מכשיר מיוחד לבדיקת חללים פנימיים (קיבה, פי הטבעת וכו'). אחד הזנים של מכשירים כאלה הוא סיבים גסטרוסקופ. בעזרתו, אתה יכול לא רק לבחון חזותית את הבטן, אלא גם לצלם את התמונות הדרושות לצורך האבחון.

2) בעזרת מדריכי אור מועברת קרינת לייזר גם לאיברים הפנימיים לצורך השפעות טיפוליות על גידולים.

3) סיבים אופטיים מצאו יישום רחב בטכנולוגיה. בהקשר להתפתחות המהירה של מערכות המידע בשנים האחרונות, יש צורך בהעברה איכותית ומהירה של מידע בערוצי תקשורת. למטרה זו, נעשה שימוש בהעברת אותות לאורך קרן לייזר המתפשטת דרך מובילי אור סיבים אופטיים.

תכונות גל של אור

הַפרָעָה SVETA.

הַפרָעָה- אחד הביטויים הבהירים ביותר של טבע הגל של האור. תופעה מעניינת ויפה זו נצפית בתנאים מסוימים כאשר שתי קרני אור או יותר מונחות על גבי. אנו נתקלים בתופעות הפרעות לעתים קרובות למדי: צבעי כתמי שמן על אספלט, צבע שמשות חלונות מקפיאות, דפוסי צבע מוזרים בכנפיים של כמה פרפרים וחיפושיות - כל זה הוא ביטוי של הפרעות אור.

הפרעות קלות- תוספת בשטח של שניים או יותר קוהרנטיגלי אור, שבהם בנקודות השונות שלו מתברר הגברה או הנחתה של המשרעתהגל שנוצר.

לְכִידוּת.

לְכִידוּתנקרא זרימה מתואמת בזמן ובמרחב של מספר תהליכי תנודה או גל, כלומר. גלים עם אותו תדר והפרש פאזה קבוע בזמן.

גלים מונוכרומטיים (גלים באורך גל אחד ) - הם קוהרנטיים.

כי מקורות אמיתייםאל תיתן אור מונוכרומטי למהדרין, אז הגלים הנפלטים על ידי כל מקורות אור עצמאיים תמיד לא קוהרנטי. במקור, אור נפלט על ידי אטומים, שכל אחד מהם פולט אור רק לזמן של ≈ 10 -8 שניות. רק במהלך הזמן הזה לגלים הנפלטים מהאטום יש משרעת קבועה ושלב של תנודות. אבל תהיה קוהרנטיניתן לחלק את הגלים על ידי חלוקת אלומת האור הנפלטת ממקור אחד ל-2 גלי אור ולאחר שעברו נתיבים שונים, חבר אותם מחדש. אז הפרש הפאזה ייקבע לפי הפרש נתיב הגל: at קבוע הפרש שלב שבץגם קבוע .

מַצָב הפרעות מקסימום :

אם הבדל נתיב אופטי ∆בוואקום הוא מספר זוגי של חצאי גלים או (מספר שלם של אורכי גל)

(4.5)

אז יתרחשו התנודות הנרגשות בנקודה M באותו שלב.

מַצָב מינימום הפרעות.

אם הבדל נתיב אופטי ∆שווה ל מספר אי זוגי של חצאי גלים

(4.6)

זֶה ויתרחשו תנודות הנרגשות בנקודה M מחוץ לשלב.

דוגמה אופיינית ונפוצה להפרעות אור היא סרט סבון

יישום של הפרעות -ציפוי אופטי: חלק מהאור העובר בעדשה מוחזר (עד 50% במערכות אופטיות מורכבות). המהות של שיטת האנטי-רפלקציה היא שהמשטחים של מערכות אופטיות מכוסים בסרטים דקים היוצרים תופעות הפרעות. עובי הסרט d=l/4 של האור הנכנס, אז לאור המוחזר יש הבדל נתיב, המתאים למינימום הפרעות

פיצול של אור

הִשׁתַבְּרוּתשקוראים לו גל מתכופף סביב מכשולים,נתקלו בדרכם, או במובן הרחב יותר - כל סטיית התפשטות הגלליד מכשולים מ ישר.

האפשרות לצפות בדיפרקציה תלויה ביחס בין אורך הגל של האור וגודל המכשולים (אי-הומוגניות)

הִשׁתַבְּרוּת פראונהופר על סורג עקיפה.

סורג עקיפה חד מימדי - מערכת של חריצים מקבילים ברוחב שווה, השוכבים באותו מישור ומופרדים על ידי מרווחים אטומים ברוחב שווה.

דפוס עקיפה כוללהוא תוצאה של הפרעה הדדית של גלים המגיעים מכל החריצים - בסורג עקיפה, מתרחשת הפרעה מרובה אלומות של קרני אור מפוזרות קוהרנטיות המגיעות מכל החריצים.

אם a - רוחבכל סדק (MN); ב - רוחב של אזורים אטומיםבין סדקים (NC), ואז הערך d = a+ בשקוראים לו קבוע (תקופה) של סורג העקיפה.

כאשר N 0 הוא מספר המשבצות ליחידת אורך.

הפרש הנתיב ∆ של קורות (1-2) ו-(3-4) שווה ל-СF

1. .מצב מינימליאם הפרש הנתיב CF = (2n+1)l/2- שווה למספר אי-זוגי של חצאי אורכי גל, אז התנודות של קרניים 1-2 ו- 3-4 יעברו באנטי-פאזה, והן יבטלו זו את זו תְאוּרָה:

n=1,2,3,4 … (4.8)

התפשטות גלים אלקטרומגנטיים במדיות שונות מצייתת לחוקי ההשתקפות והשבירה. מהחוקים הללו, בתנאים מסוימים, נובעת השפעה מעניינת אחת, שבפיזיקה נקראת ההחזר הפנימי הכולל של האור. בואו נסתכל מקרוב על מה ההשפעה הזו.

השתקפות ושבירה

לפני שממשיכים ישירות לשיקול של ההחזר הכולל הפנימי של האור, יש צורך לתת הסבר על תהליכי ההשתקפות והשבירה.

השתקפות מובנת כשינוי בכיוון התנועה של קרן אור באותו מדיום כאשר היא נתקלת בממשק. לדוגמה, אם אתה מכוון מצביע לייזר למראה, אתה יכול לראות את האפקט המתואר.

שבירה היא, כמו השתקפות, שינוי בכיוון תנועת האור, אך לא במדיום הראשון, אלא במדיום השני. התוצאה של תופעה זו תהיה עיוות של קווי המתאר של עצמים וסידורם המרחבי. דוגמה נפוצה לשבירה היא שבירת עיפרון או עט אם הוא/היא מונחים בכוס מים.

שבירה והשתקפות קשורים זה לזה. הם נמצאים כמעט תמיד יחד: חלק מהאנרגיה של האלומה מוחזרת, והחלק השני נשבר.

שתי התופעות הן תוצאה של יישום העיקרון של פרמה. הוא טוען שהאור נע לאורך מסלול בין שתי נקודות שייקח לו הכי פחות זמן.

מכיוון שהשתקפות היא אפקט המתרחש במדיום אחד, ושבירה מתרחשת בשני אמצעים, חשוב עבור האחרון ששני המדיות יהיו שקופות לגלים אלקטרומגנטיים.

מושג מקדם השבירה

מקדם השבירה הוא כמות חשובה לתיאור המתמטי של התופעות הנחשבות. מקדם השבירה של מדיום מסוים נקבע באופן הבא:

כאשר c ו-v הן מהירויות האור בוואקום ובחומר, בהתאמה. הערך של v תמיד קטן מ-c, כך שהמעריך n יהיה גדול מאחד. מקדם n חסר הממדים מראה כמה אור בחומר (בינוני) יפגר מאחורי האור בוואקום. ההבדל בין המהירויות הללו מביא להופעת תופעת השבירה.

מהירות האור בחומר מתאמת עם הצפיפות של האחרון. ככל שהמדיום צפוף יותר, כך קשה יותר לנוע בו לאור. לדוגמה, עבור אוויר n = 1.00029, כלומר, כמעט כמו עבור ואקום, עבור מים n = 1.333.

הרהורים, שבירה וחוקיהם

דוגמה בולטת לתוצאה של השתקפות מוחלטת הם המשטחים המבריקים של יהלום. מקדם השבירה של יהלום הוא 2.43, כך שקרני אור רבות הפוגעות באבן חן חוות השתקפויות כוללות מרובות לפני שהן עוזבות אותה.

הבעיה של קביעת הזווית הקריטית θc ליהלום

הבה נבחן בעיה פשוטה, שבה נראה כיצד להשתמש בנוסחאות לעיל. יש צורך לחשב עד כמה תשתנה הזווית הקריטית של ההשתקפות הכוללת אם יהלום יונח מהאוויר למים.

לאחר שחיפשנו בטבלה את הערכים עבור מדדי השבירה של המדיה המצוינת, אנו כותבים אותם:

• עבור אוויר: n 1 = 1.00029;
• עבור מים: n 2 = 1.333;
• עבור יהלום: n 3 = 2.43.

הזווית הקריטית עבור זוג יהלומים-אוויר היא:

θ c1 \u003d arcsin (n 1 / n 3) \u003d arcsin (1.00029 / 2.43) ≈ 24.31 o.

כפי שאתה יכול לראות, הזווית הקריטית עבור זוג מדיה זה היא די קטנה, כלומר, רק אותן קרניים יכולות להשאיר את היהלום באוויר שיהיה קרוב יותר לנורמה מ-24.31 o .

במקרה של יהלום במים, נקבל:

θ c2 \u003d arcsin (n 2 / n 3) \u003d arcsin (1.333 / 2.43) ≈ 33.27 o.

העלייה בזווית הקריטית הייתה:

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

עלייה קלה זו בזווית הקריטית להחזרה הכוללת של האור ביהלום מובילה לעובדה שהוא נוצץ במים כמעט כמו באוויר.

ראשית, בואו נפנטז קצת. תארו לעצמכם יום קיץ חם לפני הספירה, אדם פרימיטיבי צד דגים עם חנית. הוא מבחין בעמדתה, מכוון ומכה משום מה בכלל לא במקום שבו הדג נראה. פספסת? לא, לדייג הטרף בידיו! העניין הוא שהאב הקדמון שלנו הבין באופן אינטואיטיבי את הנושא שנלמד עכשיו. בחיי היומיום רואים שכף טבולה בכוס מים נראית עקומה, כשאנחנו מסתכלים דרך צנצנת זכוכית חפצים נראים עקומים. את כל השאלות הללו נשקול בשיעור, הנושא שלו הוא: "שבירה של אור. חוק שבירה של האור. השתקפות פנימית מוחלטת.

בשיעורים קודמים דיברנו על גורלה של קרן בשני מקרים: מה קורה אם קרן אור מתפשטת בתווך הומוגני שקוף? התשובה הנכונה היא שהוא יתפשט בקו ישר. ומה יקרה כשקרן אור תיפול על הממשק בין שני מדיות? בשיעור האחרון דיברנו על האלומה המוחזרת, היום נשקול את החלק הזה של אלומת האור שנבלע במדיום.

מה יהיה גורלה של האלומה שחדרה מהתווך השקוף האופטי הראשון לתוך המדיום השקוף האופטית השני?

אורז. 1. שבירה של אור

אם אלומה נופלת על הממשק בין שני אמצעי תקשורת שקופים, אז חלק מאנרגיית האור חוזר למדיום הראשון, ויוצרת אלומה מוחזרת, בעוד החלק השני עובר פנימה למדיום השני וככלל משנה את כיוונה.

השינוי בכיוון התפשטות האור במקרה של מעברו דרך הממשק בין שני מדיות נקרא שבירה של אור(איור 1).

אורז. 2. זוויות שבירה, שבירה והשתקפות

באיור 2 אנו רואים קרן תקרית, זווית הפגיעה תסומן על ידי α. האלומה שתקבע את כיוון קרן האור השבור תיקרא אלומת השבירה. הזווית בין האנך לממשק בין המדיה, המשוחזרת מנקודת הפגיעה, לבין האלומה השבורה נקראת זווית השבירה, באיור זו זווית γ. להשלמת התמונה, אנו נותנים גם תמונה של האלומה המוחזרת ובהתאם, זווית ההשתקפות β. מה הקשר בין זווית השבירה לזווית השבירה, האם ניתן לחזות, לדעת את זווית השבירה ומאיזה תווך עברה האלומה, מה תהיה זווית השבירה? מסתבר שאתה יכול!

אנו מקבלים חוק שמתאר באופן כמותי את הקשר בין זווית הפגיעה לזווית השבירה. הבה נשתמש בעקרון הויגנס, המווסת את התפשטות הגל בתווך. החוק מורכב משני חלקים.

הקרן הנכנסת, הקרן השבורה והאנך המשוחזרים לנקודת הפגיעה נמצאים באותו מישור.

היחס בין הסינוס של זווית השבירה לסינוס של זווית השבירה הוא ערך קבוע עבור שני מדיות נתונות ושווה ליחס בין מהירויות האור באמצעים אלה.

חוק זה נקרא חוק סנל, על שם המדען ההולנדי שניסח אותו לראשונה. הסיבה לשבירה היא ההבדל במהירויות האור במדיות שונות. ניתן לאמת את תקפותו של חוק השבירה על ידי הפניית ניסוי של אלומת אור בזוויות שונות לממשק בין שני אמצעים ומדידת זוויות השבירה והשבירה. אם נשנה את הזוויות הללו, נמדוד את הסינוסים ונמצא את יחסי הסינוסים של הזוויות הללו, נשתכנע שחוק השבירה אכן תקף.

עדות לחוק השבירה באמצעות עקרון הויגנס היא אישור נוסף לאופי הגל של האור.

מקדם השבירה היחסי n 21 מראה כמה פעמים מהירות האור V 1 במדיום הראשון שונה ממהירות האור V 2 בתווך השני.

מקדם השבירה היחסי הוא הדגמה ברורה לעובדה שהסיבה לשינוי בכיוון האור במעבר ממדיום אחד למשנהו היא מהירות האור השונה בשני המדיות. המונח "צפיפות אופטית של מדיום" משמש לעתים קרובות כדי לאפיין את התכונות האופטיות של מדיום (איור 3).

אורז. 3. צפיפות אופטית של המדיום (α > γ)

אם האלומה עוברת ממדיום עם מהירות אור גבוהה יותר למדיום עם מהירות אור נמוכה יותר, אזי, כפי שניתן לראות באיור 3 ומחוק שבירה של האור, היא תילחץ כנגד הניצב, כלומר , זווית השבירה קטנה מזווית הפגיעה. במקרה זה, אומרים שהקרן עברה ממדיום אופטי פחות צפוף למדיום צפוף יותר אופטית. דוגמה: מאוויר למים; ממים לכוס.

גם המצב ההפוך אפשרי: מהירות האור בתווך הראשון קטנה ממהירות האור בתווך השני (איור 4).

אורז. 4. צפיפות אופטית של המדיום (α< γ)

אז זווית השבירה תהיה גדולה מזווית הפגיעה, ויאמר שמעבר כזה נעשה ממדיום צפוף יותר מבחינה אופטית למדיום פחות צפוף מבחינה אופטית (מזכוכית למים).

הצפיפות האופטית של שני מדיה יכולה להיות שונה למדי, כך שהמצב המוצג בתצלום (איור 5) הופך לאפשרי:

אורז. 5. ההבדל בין הצפיפות האופטית של מדיה

שימו לב לאופן עקירת הראש ביחס לגוף, שנמצא בנוזל, בתווך בעל צפיפות אופטית גבוהה יותר.

עם זאת, מקדם השבירה היחסי אינו תמיד מאפיין נוח לעבודה, מכיוון שהוא תלוי במהירויות האור במדיה הראשונה והשנייה, אך יכולים להיות הרבה שילובים ושילובים כאלה של שני אמצעים (מים - אוויר, זכוכית - יהלום, גליצרין - אלכוהול, זכוכית - מים וכן הלאה). השולחנות יהיו מאוד מסורבלים, זה יהיה לא נוח לעבוד, ואז הוכנסה סביבה אבסולוטית אחת, בהשוואה אליה מושווים מהירות האור בסביבות אחרות. ואקום נבחר כמוחלט ומהירויות האור מושוות למהירות האור בוואקום.

מקדם השבירה המוחלט של המדיום n- זהו ערך המאפיין את הצפיפות האופטית של המדיום ושווה ליחס בין מהירות האור עםבוואקום למהירות האור במדיום נתון.

מקדם השבירה המוחלט נוח יותר לעבודה, מכיוון שאנו יודעים תמיד את מהירות האור בוואקום, הוא שווה ל-3·10 8 מ'/שניה והוא קבוע פיזיקלי אוניברסלי.

מקדם השבירה המוחלט תלוי בפרמטרים חיצוניים: טמפרטורה, צפיפות, וגם באורך הגל של האור, כך שבדרך כלל טבלאות מציינות את מקדם השבירה הממוצע עבור טווח אורכי גל נתון. אם נשווה את מדדי השבירה של אוויר, מים וזכוכית (איור 6), נראה שמקדם השבירה של האוויר קרוב לאחדות, ולכן ניקח אותו כיחידה בפתרון בעיות.

אורז. 6. טבלה של מדדי שבירה מוחלטים למדיות שונות

קל להבין את הקשר בין אינדקס השבירה המוחלט והיחסי של מדיה.

מקדם השבירה היחסי, כלומר, עבור אלומה העוברת ממדיום אחד לבינוני שתיים, שווה ליחס בין מקדם השבירה המוחלט בתווך השני למקדם השבירה המוחלט בתווך הראשון.

לדוגמה: = ≈ 1,16

אם מדדי השבירה המוחלטים של שני המדיות כמעט זהים, זה אומר שמקדם השבירה היחסי במעבר ממדיום אחד למשנהו יהיה שווה לאחד, כלומר קרן האור לא תישבר בפועל. לדוגמה, כאשר עוברים משמן אניס לאבן חן, בריל למעשה לא יסטה מאור, כלומר, הוא יתנהג כפי שהוא מתנהג במעבר דרך שמן אניס, שכן מקדם השבירה שלהם הוא 1.56 ו-1.57, בהתאמה, כך שאבן החן יכולה להיות איך להתחבא בנוזל, זה פשוט לא יהיה גלוי.

אם תשפוך מים לכוס שקופה ותסתכל דרך דופן הכוס אל האור, אז נראה ברק כסוף של פני השטח עקב תופעת ההשתקפות הפנימית המוחלטת, עליה נדון כעת. כאשר אלומת אור עוברת ממדיום אופטי צפוף יותר למדיום אופטי פחות צפוף, ניתן להבחין באפקט מעניין. ליתר בטחון, נניח שהאור עובר ממים לאוויר. נניח שיש מקור נקודתי של אור S בעומק המאגר, הפולט קרניים לכל הכיוונים. לדוגמה, צוללן מאיר בפנס.

קרן SO 1 נופלת על פני המים בזווית הקטנה ביותר, קרן זו נשברת חלקית - קרן O 1 A 1 ומשתקפת חלקית חזרה למים - קרן O 1 B 1. כך, חלק מהאנרגיה של הקרן הפוגעת מועבר אל הקרן השבורה, והחלק הנותר של האנרגיה מועבר אל הקרן המוחזרת.

אורז. 7. השתקפות פנימית מוחלטת

קרן SO 2, שזווית כניסתה גדולה יותר, מחולקת גם היא לשתי אלומות: נשברות ומוחזרות, אך האנרגיה של הקרן המקורית מפוזרת ביניהן בצורה שונה: הקרן השבורה O 2 A 2 תהיה עמומה יותר מהקרן. קרן O 1 A 1, כלומר, היא תקבל חלק קטן יותר של אנרגיה, והקרן המוחזרת O 2 V 2, בהתאמה, תהיה בהירה יותר מהקרן O 1 V 1, כלומר, היא תקבל נתח גדול יותר של אֵנֶרְגִיָה. ככל שזווית ההתרחשות גדלה, מתחקה אחר אותה סדירות - נתח גדל והולך מהאנרגיה של הקרן הפוגעת עובר אל הקרן המוחזרת ונתח קטן מתמיד אל הקרן השבורה. האלומה השבורה נעשית עמומה יותר ובשלב מסוים נעלמת לחלוטין, היעלמות זו מתרחשת כאשר מגיעים לזווית הפגיעה, המקבילה לזווית שבירה של 90 0 . במצב זה, הקרן השבורה OA תצטרך ללכת במקביל לפני המים, אך אין מה ללכת - כל האנרגיה של הקרן הפוגעת SO עברה כולה אל הקרן המוחזרת OB. מטבע הדברים, עם עלייה נוספת בזווית הפגיעה, הקרן השבורה תיעדר. התופעה המתוארת היא השתקפות פנימית מוחלטת, כלומר, מדיום אופטי צפוף יותר בזוויות הנחשבות אינו פולט קרניים מעצמו, כולן משתקפות בתוכו. הזווית שבה מתרחשת תופעה זו נקראת זווית מגבילה של השתקפות פנימית כוללת.

קל למצוא את ערכה של הזווית המגבילה מחוק השבירה:

= => = arcsin, עבור מים ≈ 49 0

היישום המעניין והפופולרי ביותר של תופעת ההשתקפות הפנימית הכוללת הוא מה שנקרא מוליכי גל, או סיבים אופטיים. זו בדיוק דרך האיתות שמשמשת את חברות התקשורת המודרניות באינטרנט.

קיבלנו את חוק שבירה של האור, הצגנו מושג חדש - מדדי שבירה יחסיים ומוחלטים, וגם הבנו את התופעה של השתקפות פנימית מוחלטת ויישומיה, כמו סיבים אופטיים. ניתן לגבש ידע על ידי בחינת המבחנים והסימולטורים הרלוונטיים בסעיף השיעור.

בואו נקבל את ההוכחה לחוק שבירה של האור באמצעות עקרון הויגנס. חשוב להבין שהגורם לשבירה הוא ההבדל במהירויות האור בשני אמצעים שונים. הבה נסמן את מהירות האור במדיום הראשון V 1, ובמדיום השני - V 2 (איור 8).

אורז. 8. הוכחה לחוק שבירת האור

תנו לגל אור מישור ליפול על ממשק שטוח בין שני מדיה, למשל, מאוויר למים. משטח הגל AC מאונך לקרניים ו-, הממשק בין המדיה MN מגיע לראשונה אל האלומה, והקרן מגיעה לאותו משטח לאחר מרווח זמן ∆t, שיהיה שווה לנתיב SW חלקי מהירות האור במדיום הראשון.

לכן, ברגע שבו הגל המשני בנקודה B רק מתחיל להתרגש, לגל מנקודה A יש כבר צורה של חצי כדור עם רדיוס AD, ששווה למהירות האור בתווך השני ב-∆t: AD = ∆t, כלומר עקרון הויגנס בפעולה חזותית. ניתן לקבל את משטח הגל של גל שבור על ידי ציור משטח המשיק לכל הגלים המשניים בתווך השני, שמרכזיו נמצאים על הממשק בין המדיה, במקרה זה זה המישור BD, הוא המעטפת של הגלים המשניים. זווית הפגיעה α של האלומה שווה לזווית CAB במשולש ABC, הצלעות של אחת מהזוויות הללו מאונכות לצלעיה של השנייה. לכן, SW יהיה שווה למהירות האור בתווך הראשון ב-∆t

CB = ∆t = AB sin α

בתורו, זווית השבירה תהיה שווה לזווית ABD במשולש ABD, לכן:

AD = ∆t = AB sin γ

מחלקים את הביטויים מונח למונח, נקבל:

n הוא ערך קבוע שאינו תלוי בזווית הפגיעה.

קיבלנו את חוק שבירה של האור, הסינוס של זווית השבירה לסינוס של זווית השבירה הוא ערך קבוע עבור שני המדיות הנתונות ושווה ליחס מהירויות האור בשני המדיות הנתונות.

כלי מעוקב בעל דפנות אטומות ממוקם בצורה כזו שעינו של המתבונן אינה רואה את תחתיתו, אלא רואה לחלוטין את דופן הכלי CD. כמה מים יש לשפוך לתוך הכלי כדי שהמתבונן יוכל לראות את העצם F, הממוקם במרחק b = 10 ס"מ מהפינה D? קצה הכלי α = 40 ס"מ (איור 9).

מה חשוב מאוד בפתרון בעיה זו? מניח שמכיוון שהעין לא רואה את תחתית הכלי, אלא רואה את הנקודה הקיצונית של הדופן הצדדית, והכלי הוא קובייה, אזי זווית כניסתה של הקורה על פני המים כאשר נשפוך אותה תהיה להיות שווה ל-45 0.

אורז. 9. משימת הבחינה

האלומה נופלת לנקודה F, כלומר אנו רואים בבירור את העצם, והקו המקווקו השחור מראה את מהלך האלומה אם לא היו מים, כלומר לנקודה D. מהמשולש NFC, המשיק של הזווית β, הטנגנס של זווית השבירה, הוא היחס בין הרגל הנגדית לרגל הסמוכה או, בהתבסס על האיור, h מינוס b חלקי h.

tg β = = , h הוא גובה הנוזל ששפכנו;

התופעה האינטנסיבית ביותר של השתקפות פנימית מוחלטת משמשת במערכות סיבים אופטיים.

אורז. 10. סיבים אופטיים

אם קרן אור מכוונת לקצה צינור זכוכית מוצק, אז לאחר השתקפות פנימית כוללת מרובה הקרן תצא מהצד הנגדי של הצינור. מסתבר שצינור הזכוכית הוא מוליך של גל אור או מוליך גל. זה יקרה בין אם הצינור ישר או מעוקל (איור 10). מובילי האור הראשונים, זהו השם השני של מובילי הגלים, שימשו להארת מקומות שקשה להגיע אליהם (במהלך מחקר רפואי, כאשר אור מסופק לקצה אחד של מנחה האור, והקצה השני מאיר את המקום הנכון) . היישום העיקרי הוא רפואה, דפקטוסקופיה של מנועים, עם זאת, מוליכי גל כאלה נמצאים בשימוש נרחב ביותר במערכות העברת מידע. תדר הנשא של גל אור הוא פי מיליון מהתדר של אות רדיו, כלומר כמות המידע שאנו יכולים לשדר באמצעות גל אור גדולה פי מיליוני מכמות המידע המשודרת בגלי רדיו. זו הזדמנות מצוינת להעביר כמות עצומה של מידע בצורה פשוטה ולא יקרה. ככלל, מידע מועבר באמצעות כבל סיבים באמצעות קרינת לייזר. סיבים אופטיים הכרחיים לשידור מהיר ואיכותי של אות מחשב המכיל כמות גדולה של מידע משודר. ובלב כל זה טמונה תופעה כה פשוטה ונפוצה כמו שבירת האור.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. פיזיקה (רמה בסיסית) - מ': מנמוזינה, 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. פיזיקה כיתה י'. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. פיזיקה - 9, מוסקבה, חינוך, 1990.

1. edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

שיעורי בית

1. הגדר את שבירה של האור.
2. ציין את הסיבה לשבירה של האור.
3. ציין את היישומים הפופולריים ביותר של השתקפות פנימית מוחלטת.

הרצאה 23 אופטיקה גיאומטרית

הרצאה 23 אופטיקה גיאומטרית

1. חוקי השתקפות ושבירה של אור.

2. השתקפות פנימית מוחלטת. סיבים אופטיים.

3. עדשות. הכוח האופטי של העדשה.

4. סטיות עדשה.

5. מושגי יסוד ונוסחאות.

6. משימות.

כאשר פותרים בעיות רבות הקשורות להתפשטות האור, ניתן להשתמש בחוקי האופטיקה הגיאומטרית המבוססים על הרעיון של אלומת אור כקו שלאורכו מתפשטת האנרגיה של גל אור. במדיום הומוגני, קרני האור הן ישרות. אופטיקה גיאומטרית היא המקרה המגביל של אופטיקה של גל שכן אורך הגל שואף לאפס (λ →0).

23.1. חוקי השתקפות ושבירה של אור. השתקפות פנימית מוחלטת, מנחי אור

חוקי השתקפות

השתקפות של אור- תופעה המתרחשת בממשק בין שני מדיות, וכתוצאה מכך קרן האור משנה את כיוון ההתפשטות שלה, ונשארת בתווך הראשון. אופי ההשתקפות תלוי ביחס בין הממדים (ח) של אי הסדירות של המשטח המחזיר ואורך הגל (λ) קרינה תקרית.

השתקפות מפוזרת

כאשר האי-סדירות ממוקמות באופן אקראי, וגדלים שלהן בסדר גודל של אורך הגל או עולים עליו, יש השתקפות מפוזרת- פיזור אור לכיוונים שונים. זה בגלל השתקפות מפוזרת שגופים לא זוהרים הופכים נראים כאשר האור מוחזר מהמשטחים שלהם.

השתקפות מראה

אם מידות האי-סדירות קטנות בהשוואה לאורך הגל (h<< λ), то возникает направленное, или מַרְאָה,השתקפות אור (איור 23.1). במקרה זה, מתקיימים החוקים הבאים.

הקרן הפוגעת, הקרן המוחזרת והנורמלי לממשק בין שני אמצעים, הנמשכים דרך נקודת כניסתה של הקרן, שוכנים באותו מישור.

זווית ההשתקפות שווה לזווית הפגיעה:β = א.

אורז. 23.1.מהלך הקרניים בהשתקפות ספקולרית

חוקי השבירה

כאשר אלומת אור נופלת על הממשק בין שני מדיה שקופה, היא מחולקת לשתי אלומות: מוחזרת ו נשבר(איור 23.2). הקרן השבורה מתפשטת בתווך השני, משנה את כיוונה. המאפיין האופטי של המדיום הוא מוּחלָט

אורז. 23.2.מהלך הקרניים בשבירה

מקדם השבירה,ששווה ליחס בין מהירות האור בוואקום למהירות האור בתווך זה:

כיוון האלומה השבורה תלוי ביחס של מדדי השבירה של שני המדיה. חוקי השבירה הבאים מתקיימים.

הקרן הנובעת, הקרן השבורה והנורמלי לממשק בין שני אמצעים, הנמשכים דרך נקודת כניסתה של הקרן, שוכנים באותו מישור.

היחס בין הסינוס של זווית השבירה לסינוס של זווית השבירה הוא ערך קבוע השווה ליחס של מדדי השבירה המוחלטים של המדיה השנייה והראשונה:

23.2. השתקפות פנימית מוחלטת. סיבים אופטיים

קחו בחשבון את המעבר של אור ממדיום עם מקדם שבירה גבוה n 1 (צפוף יותר אופטית) למדיום עם מקדם שבירה נמוך יותר n 2 (אופטית פחות צפוף). איור 23.3 מציג את הקרניים המתרחשות על ממשק הזכוכית-אוויר. עבור זכוכית, מקדם השבירה n 1 = 1.52; עבור אוויר n 2 = 1.00.

אורז. 23.3.התרחשות של השתקפות פנימית כוללת (n 1 > n 2)

עלייה בזווית השבירה מביאה לעלייה בזווית השבירה עד שזווית השבירה הופכת ל-90°. עם עלייה נוספת בזווית הפגיעה, קרן התקיפה אינה נשברת, אלא לְגַמרֵימשתקף מהממשק. תופעה זו נקראת השתקפות פנימית מוחלטת.זה נצפה כאשר אור נופל מתווך צפוף יותר על הגבול עם תווך פחות צפוף ומורכב מהבאים.

אם זווית הפגיעה חורגת מהזווית המגבילה עבור מדיה אלה, אזי אין שבירה בממשק והאור הנכנס מוחזר לחלוטין.

זווית הפגיעה המגבילה נקבעת על ידי היחס

סכום העוצמות של האלומות המוחזרות והשבורות שווה לעוצמת האלומה הפוגעת. ככל שזווית הפגיעה גדלה, עוצמת הקרן המוחזרת גדלה, בעוד שעוצמת הקרן השבורה יורדת, ועבור זווית הפגיעה המגבילה הופכת להיות שווה לאפס.

סיבים אופטיים

התופעה של השתקפות פנימית מוחלטת משמשת במנחי אור גמישים.

אם האור מופנה אל קצהו של סיב זכוכית דק מוקף בחיפוי עם מקדם שבירה נמוך יותר של הזווית, אז האור יתפשט דרך הסיב, ויחווה השתקפות מוחלטת בממשק חיפוי הזכוכית. סיב כזה נקרא מדריך אור.עיקולי מוביל האור אינם מפריעים למעבר האור

במנחי אור מודרניים, אובדן האור כתוצאה מהבליעה שלו קטן מאוד (בסדר גודל של 10% לק"מ), מה שמאפשר להשתמש בהם במערכות תקשורת סיבים אופטיים. ברפואה משתמשים בצרורות של מובילי אור דקים לייצור אנדוסקופים, המשמשים לבדיקה חזותית של איברים פנימיים חלולים (איור 23.5). מספר הסיבים באנדוסקופ מגיע למיליון.

בעזרת ערוץ מנחה אור נפרד, המונח בצרור משותף, מועברת קרינת לייזר לצורך השפעות טיפוליות על איברים פנימיים.

אורז. 23.4.התפשטות קרני האור דרך סיב

אורז. 23.5.אנדוסקופ

יש גם מדריכי אור טבעי. לדוגמה, בצמחים עשבוניים, הגבעול ממלא תפקיד של מנחה אור המביא אור לחלק התת-קרקעי של הצמח. תאי הגזע יוצרים עמודים מקבילים, מה שמזכיר את העיצוב של מובילי אור תעשייתיים. אם

כדי להאיר עמוד כזה, בוחנים אותו דרך מיקרוסקופ, ברור שקירותיו נשארים כהים, והפנים של כל תא מואר בבהירות. העומק שאליו מועבר האור בדרך זו אינו עולה על 4-5 ס"מ. אבל אפילו מנחה אור קצר כזה מספיק כדי לספק אור לחלק התת קרקעי של צמח עשבוני.

23.3. עדשות. כוח אופטי של העדשה

עדשה -גוף שקוף, תחום בדרך כלל בשני משטחים כדוריים, שכל אחד מהם יכול להיות קמור או קעור. הקו הישר העובר במרכזי הספירות הללו נקרא ציר אופטי ראשי של העדשה(מִלָה ביתבדרך כלל מושמט).

נקראת עדשה שהעובי המרבי שלה קטן בהרבה מהרדיוסים של שני המשטחים הכדוריים רזה.

עוברים דרך העדשה, אלומת האור משנה כיוון - היא מוסטת. אם הסטייה היא בצד ציר אופטי,ואז נקראת העדשה איסוףאחרת נקראת העדשה פִּזוּר.

כל קרן תקרית על עדשה מתכנסת במקביל לציר האופטי, לאחר שבירה, עוברת דרך נקודה על הציר האופטי (F), הנקראת פוקוס מרכזי(איור 23.6, א). עבור עדשה מתפצלת, דרך הפוקוס עובר הֶמְשֵׁךקרן שבורה (איור 23.6, ב).

לכל עדשה יש שני מוקדים משני צדדיה. המרחק מהמוקד למרכז העדשה נקרא אורך המוקד העיקרי(ו).

אורז. 23.6.מיקוד של עדשות מתכנסות (א) ומתפצלות (ב).

בנוסחאות החישוב, f נלקח עם הסימן "+" עבור כֶּנֶסעדשות ועם סימן "-" עבור פִּזוּרעדשות.

ההדדיות של אורך המוקד נקראת כוח אופטי של העדשה: D = 1/f. יחידת הספק אופטי - דיופטר(dptr). 1 דיופטר הוא הכוח האופטי של עדשה עם אורך מוקד של 1 מ'.

כוח אופטיעדשה דקה ו אורך מוקדתלוי ברדיוסים של הכדורים ובמקדם השבירה של חומר העדשה ביחס לסביבה:

כאשר R 1, R 2 - רדיוסי עקמומיות של משטחי העדשה; n הוא מקדם השבירה של חומר העדשה ביחס לסביבה; הסימן "+" מיועד קָמוּרמשטח, והסימן "-" - עבור קָעוּר.אחד המשטחים עשוי להיות שטוח. במקרה זה, קח את R = ∞ , 1/R = 0.

עדשות משמשות לצילום תמונות. חשבו על עצם הממוקם בניצב לציר האופטי של העדשה המתכנסת, ובנו תמונה של הנקודה העליונה שלו A. גם התמונה של העצם כולו תהיה מאונך לציר העדשה. בהתאם למיקום האובייקט ביחס לעדשה, שני מקרים של שבירה של קרניים אפשריים, המוצגים באיור. 23.7.

1. אם המרחק מהאובייקט לעדשה חורג מאורך המוקד f, אזי הקרניים הנפלטות מנקודה A, לאחר מעבר בעדשה לְהִצְטָלֵבבנקודה A, שנקראת תמונה בפועל.התמונה בפועל מתקבלת הפוך.

2. אם המרחק מהאובייקט לעדשה קטן מאורך המוקד f, אזי הקרניים הנפלטות מנקודה A, לאחר מעבר בעדשה גזע-

אורז. 23.7.תמונות אמיתיות (א) ודמויות (ב) הניתנות על ידי עדשה מתכנסת

תלך מסביבובנקודה A" שלוחותיהם מצטלבות. נקודה זו נקראת תמונה דמיונית.מתקבלת התמונה הדמיונית ישיר.

עדשה מתפצלת נותנת תמונה וירטואלית של עצם בכל מיקומו (איור 23.8).

אורז. 23.8.תמונה וירטואלית הניתנת על ידי עדשה מתפצלת

כדי לחשב את התמונה משמש נוסחת עדשות,דבר הקובע קשר בין ההוראות נקודותוהיא תמונות

כאשר f הוא אורך המוקד (עבור עדשה מתפצלת זה שלילי) a 1 - מרחק מהאובייקט לעדשה; a 2 הוא המרחק מהתמונה לעדשה (הסימן "+" נלקח לתמונה אמיתית, והסימן "-" לתמונה וירטואלית).

אורז. 23.9.אפשרויות נוסחת עדשה

היחס בין גודל תמונה לגודל אובייקט נקרא עלייה ליניארית:

הגידול הליניארי מחושב על ידי הנוסחה k = a 2 / a 1. עדשה (אפילו רזה)ייתן את התמונה ה"נכונה", מציית נוסחת עדשה,רק אם מתקיימים התנאים הבאים:

מקדם השבירה של עדשה אינו תלוי באורך הגל של האור, או שהאור מספיק חַד גוֹנִי.

בעת שימוש בעדשות הדמיה אמיתינושאים, הגבלות אלה, ככלל, אינן מתקיימות: יש פיזור; כמה נקודות של האובייקט שוכבות הרחק מהציר האופטי; קרני האור הנכנסות אינן פרקסיאליות, העדשה אינה דקה. כל זה מוביל ל עיוותתמונות. כדי להפחית את העיוות, העדשות של מכשירים אופטיים עשויות מכמה עדשות הממוקמות קרוב זו לזו. הכוח האופטי של עדשה כזו שווה לסכום הכוחות האופטיים של העדשות:

23.4. סטיות עדשה

סטיותהוא שם כללי לשגיאות תמונה המתרחשות בעת שימוש בעדשות. סטיות (מלטינית "aberratio"- סטייה), המופיעים רק באור לא מונוכרומטי, נקראים אַכְרוֹמָטִי.כל שאר סוגי הסטיות הם חַד גוֹנִישכן הביטוי שלהם אינו קשור להרכב הספקטרלי המורכב של אור אמיתי.

1. סטייה כדורית- חַד גוֹנִיסטייה עקב העובדה שהחלקים הקיצוניים (היקפיים) של העדשה סוטים קרניים המגיעות ממקור נקודתי חזק יותר מהחלק המרכזי שלה. כתוצאה מכך, האזורים ההיקפיים והמרכזיים של העדשה יוצרים תמונות שונות (S 2 ו-S "2, בהתאמה) של מקור נקודתי S 1 (איור 23.10). לכן, בכל מיקום של המסך, התמונה על זה מתקבל בצורה של נקודה בהירה.

סוג זה של סטייה מסולק על ידי שימוש במערכות עדשות קעורות וקמורות.

אורז. 23.10.סטייה כדורית

2. אסטיגמציה- חַד גוֹנִיסטייה, המורכבת מהעובדה שלתמונה של נקודה יש ​​צורה של נקודה אליפטית, אשר, במיקומים מסוימים של מישור התמונה, מתנוונת לקטע.

אסטיגמציה קורות אלכסוניותמתבטא כאשר הקרניים הבוקעות מנקודה מייצרות זוויות משמעותיות עם הציר האופטי. באיור 23.11, המקור הנקודתי ממוקם על הציר האופטי המשני. במקרה זה, שתי תמונות מופיעות בצורה של קטעים של קווים ישרים הממוקמים בניצב זה לזה במישורים I ו-II. ניתן לקבל את תמונת המקור רק בצורה של נקודה מטושטשת בין מישורים I ו-II.

אסטיגמציה עקב אסימטריהמערכת אופטית. סוג זה של אסטיגמציה מתרחש כאשר הסימטריה של המערכת האופטית ביחס לאלומת האור נשברת עקב תכנון המערכת עצמה. עם סטייה זו, העדשות יוצרות תמונה שבה לקווי מתאר וקווים המכוונים לכיוונים שונים יש חדות שונה. זה נצפה בעדשות גליליות (איור 23.11, ב).

עדשה גלילית יוצרת תמונה ליניארית של עצם נקודתי.

אורז. 23.11.אסטיגמציה: קורות אלכסוניות (א); בשל הגליליות של העדשה (ב)

בעין נוצרת אסטיגמציה כאשר יש אסימטריה בעקמומיות של מערכות העדשה והקרנית. כדי לתקן אסטיגמציה, משתמשים במשקפיים בעלי עקמומיות שונה בכיוונים שונים.

3. עיוות(עיוות). כאשר הקרניים הנשלחות על ידי העצם יוצרים זווית גדולה עם הציר האופטי, נמצא סוג אחר חַד גוֹנִיסטיות - עיוות.במקרה זה, הדמיון הגיאומטרי בין האובייקט לתמונה מופר. הסיבה היא שבמציאות ההגדלה הליניארית שנותנת העדשה תלויה בזווית כניסת הקרניים. כתוצאה מכך, תמונת הרשת המרובעת מקבלת גם אחת מהן כרית-,אוֹ בצורת חביתמבט (איור 23.12).

כדי להילחם בעיוות, נבחר מערכת עדשות עם עיוות הפוך.

אורז. 23.12.עיוות: א - כרית סיכה, ב - חבית

4. סטייה כרומטיתמתבטא בעובדה שקרן אור לבן הבוקעת מנקודה נותנת את דמותה בצורת עיגול קשת, קרניים סגולות מצטלבות קרוב יותר לעדשה מאשר אלו האדומות (איור 23.13).

הסיבה לסטייה כרומטית היא התלות של מקדם השבירה של חומר באורך הגל של האור הנכנס (פיזור). כדי לתקן סטייה זו באופטיקה, משתמשים בעדשות העשויות ממשקפיים עם פיזור שונה (אכרומטים, אפוכרומטים).

אורז. 23.13.סטייה כרומטית

23.5. מושגי יסוד ונוסחאות

המשך טבלה

סוף הטבלה

23.6. משימות

1. מדוע בועות אוויר מאירות במים?

תשובה:בשל החזרת האור בממשק מים-אוויר.

2. מדוע כפית נראית מוגדלת בכוס מים דקת דופן?

תשובה:המים בזכוכית פועלים כעדשה מתכנסת גלילית. אנו רואים תמונה מוגדלת דמיונית.

3. הכוח האופטי של העדשה הוא 3 דיופטרים. מהו אורך המוקד של העדשה? הביעו את תשובתכם בס"מ.

פִּתָרוֹן

D \u003d 1 / f, f \u003d 1 / D \u003d 1/3 \u003d 0.33 מ'. תשובה: f = 33 ס"מ.

4. אורכי המוקד של שתי העדשות שווים, בהתאמה: f = +40 ס"מ, f 2 = -40 ס"מ. מצא את הכוחות האופטיים שלהן.

6. כיצד ניתן לקבוע את אורך המוקד של עדשה מתכנסת במזג אוויר בהיר?

פִּתָרוֹן

המרחק מהשמש לכדור הארץ כל כך גדול שכל הקרניים הנופלות על העדשה מקבילות זו לזו. אם אתה מקבל תמונה של השמש על המסך, אז המרחק מהעדשה למסך יהיה שווה לאורך המוקד.

7. עבור עדשה עם אורך מוקד של 20 ס"מ, מצא את המרחקים לאובייקט שבהם הגודל הליניארי של התמונה בפועל יהיה: א) גדול פי שניים מגודל האובייקט; ב) שווה לגודל החפץ; ג) מחצית מגודל החפץ.

8. הכוח האופטי של העדשה לאדם עם ראייה תקינה הוא 25 דיופטר. מקדם השבירה 1.4. חשב את רדיוסי העקמומיות של העדשה אם ידוע שרדיוס עקמומיות אחד גדול פי שניים מהשני.

אופטיקה גיאומטרית וגלים. תנאים ליישום גישות אלו (מהיחס בין אורך הגל לגודל האובייקט). קוהרנטיות גלים. מושג הקוהרנטיות המרחבית והזמנית. פליטה מאולצת. תכונות של קרינת לייזר. מבנה ועיקרון הפעולה של הלייזר.

בשל העובדה שאור הוא תופעת גלים, נוצרת הפרעה, כתוצאה מכך מוגבלאלומת האור אינה מתפשטת בשום כיוון, אלא יש לה התפלגות זוויתית סופית, כלומר מתרחשת עקיפה. עם זאת, באותם מקרים שבהם הממדים הרוחביים האופייניים של קרני האור גדולים דיים בהשוואה לאורך הגל, ניתן להזניח את ההתרחקות של אלומת האור ולהניח שהיא מתפשטת בכיוון אחד בודד: לאורך אלומת האור.

אופטיקה של גלים היא ענף באופטיקה המתאר את התפשטות האור, תוך התחשבות בטבע הגל שלו. תופעות של אופטיקה של גלים - הפרעות, עקיפה, קיטוב וכו'.

הפרעות גל - הגברה הדדית או הנחתה של משרעת של שני גלים קוהרנטיים או יותר המתפשטים בו זמנית בחלל.

עקיפה של גלים היא תופעה המתבטאת בסטייה מחוקי האופטיקה הגיאומטרית במהלך התפשטות הגלים.

קיטוב - תהליכים ומצבים הקשורים להפרדה של אובייקטים כלשהם, בעיקר במרחב.

בפיזיקה, קוהרנטיות היא המתאם (העקביות) של מספר תהליכי תנודה או גל בזמן, המתבטא כאשר הם מתווספים. התנודות הן קוהרנטיות אם ההבדל בין הפאזות שלהן קבוע בזמן וכאשר מוסיפים את התנודות, מתקבלת תנודה באותו תדר.

אם הפרש הפאזות של שתי תנודות משתנה באיטיות רבה, אז אומרים שהתנודות נשארות קוהרנטיות למשך זמן מה. זמן זה נקרא זמן הקוהרנטיות.

קוהרנטיות מרחבית - קוהרנטיות של תנודות המתרחשות בו-זמנית בנקודות שונות במישור המאונך לכיוון התפשטות הגל.

פליטה מעוררת - יצירת פוטון חדש במהלך מעבר של מערכת קוונטית (אטום, מולקולה, גרעין וכו') ממצב נרגש למצב יציב (רמת אנרגיה נמוכה יותר) בהשפעת פוטון משרה, האנרגיה של שהיה שווה להפרש ברמות האנרגיה. לפוטון שנוצר יש את אותה אנרגיה, מומנטום, פאזה וקיטוב כמו לפוטון המושרה (שאינו נספג).

קרינת הלייזר יכולה להיות רציפה, עם הספק קבוע, או פעימה, להגיע להספקים שיא גבוהים במיוחד. בתוכניות מסוימות, אלמנט העבודה של הלייזר משמש כמגבר אופטי לקרינה ממקור אחר.

הבסיס הפיזי לפעולת הלייזר הוא תופעת קרינה מעוררת (מושרה). מהות התופעה היא שאטום נרגש מסוגל לפלוט פוטון בהשפעת פוטון אחר ללא בליעתו, אם האנרגיה של האחרון שווה להפרש האנרגיות של רמות האטום לפני ואחרי פְּלִיטָה. במקרה זה, הפוטון הנפלט הוא קוהרנטי לפוטון שגרם לקרינה (זהו "העותק המדויק שלו"). כך מוגבר האור. תופעה זו שונה מפליטה ספונטנית, שבה לפוטונים הנפלטים יש כיווני התפשטות, קיטוב ופאזה אקראיים.

כל הלייזרים מורכבים משלושה חלקים עיקריים:

סביבת (עבודה) פעילה;

מערכות שאיבה (מקור אנרגיה);

מהוד אופטי (ייתכן שלא יהיה אם הלייזר פועל במצב מגבר).

כל אחד מהם מספק את פעולת הלייזר לביצוע תפקידיו הספציפיים.

אופטיקה גיאומטרית. תופעת השתקפות פנימית מוחלטת. זווית מגבילה של השתקפות מוחלטת. מהלך הקרניים. סיבים אופטיים.

אופטיקה גיאומטרית היא ענף באופטיקה החוקר את חוקי התפשטות האור במדיה שקופה ואת עקרונות בניית התמונות במהלך מעבר האור במערכות אופטיות מבלי לקחת בחשבון את תכונות הגל שלו.

השתקפות פנימית כוללת היא השתקפות פנימית בתנאי שזווית הפגיעה עולה על זווית קריטית כלשהי. במקרה זה, הגל המתרחש משתקף לחלוטין, וערך מקדם ההשתקפות עולה על הערכים הגבוהים ביותר שלו עבור משטחים מלוטשים. מקדם ההשתקפות עבור ההחזר הפנימי הכולל אינו תלוי באורך הגל.

זווית מגבילה של השתקפות פנימית כוללת

זווית ההתרחשות שבה הקרן השבורה מתחילה להחליק לאורך הממשק בין שני מדיה ללא מעבר למדיום צפוף יותר מבחינה אופטית

שביל רייבמראות, מנסרות ועדשות

קרני אור ממקור נקודתי מתפשטות לכל הכיוונים. במערכות אופטיות, מתכופפות לאחור ומשתקפות מהממשק בין המדיה, חלק מהקרניים יכולות שוב להצטלב בשלב מסוים. נקודה נקראת תמונה נקודתית. כאשר קרן מוקפצת ממראות, מתקיים החוק: "הקרן המוחזרת נמצאת תמיד באותו מישור של הקרן הנכנסת והנורמלי למשטח המקפץ, העובר דרך נקודת הפגיעה, וזווית הפגיעה מופחתת ממנה. נורמלי זה שווה לזווית הקפצה."

סיבים אופטיים - משמעות המונח הזה

ענף אופטיקה החוקר את התופעות הפיזיקליות המתרחשות ומתרחשות בסיבים אופטיים, או

מוצרים של תעשיות הנדסה מדויקת, הכוללים רכיבים המבוססים על סיבים אופטיים.

התקנים סיבים אופטיים כוללים לייזרים, מגברים, מרבבים, דימולטיפלקסרים ועוד מספר אחרים. רכיבי סיבים אופטיים כוללים מבודדים, מראות, מחברים, מפצלים וכו'. הבסיס של מכשיר סיבים אופטיים הוא המעגל האופטי שלו - קבוצה של רכיבי סיבים אופטיים המחוברים ברצף מסוים. מעגלים אופטיים יכולים להיות סגורים או פתוחים, עם או בלי משוב.