Geometrinė ir banginė optika. Šių metodų taikymo sąlygos (nuo bangos ilgio ir objekto dydžio santykio). Bangų darna. Erdvinės ir laiko darnos samprata. priverstinė emisija. Lazerio spinduliuotės ypatybės. Lazerio sandara ir veikimo principas.

Dėl to, kad šviesa yra bangos reiškinys, atsiranda trukdžių, dėl kurių ribotasšviesos spindulys nesklinda jokia viena kryptimi, o turi baigtinį kampinį pasiskirstymą, t.y. vyksta difrakcija. Tačiau tais atvejais, kai būdingi skersiniai šviesos pluoštų matmenys yra pakankamai dideli, palyginti su bangos ilgiu, galima nepaisyti šviesos pluošto divergencijos ir manyti, kad jis sklinda viena kryptimi: palei šviesos pluoštą.

Banginė optika – optikos šaka, apibūdinanti šviesos sklidimą, atsižvelgiant į jos banginę prigimtį. Banginės optikos reiškiniai – trukdžiai, difrakcija, poliarizacija ir kt.

Bangų trukdžiai – dviejų ar daugiau koherentinių bangų, vienu metu sklindančių erdvėje, amplitudės abipusis stiprinimas arba susilpnėjimas.

Bangų difrakcija – reiškinys, pasireiškiantis kaip nukrypimas nuo geometrinės optikos dėsnių bangoms sklindant.

Poliarizacija – procesai ir būsenos, susiję su bet kokių objektų, daugiausia erdvėje, atskyrimu.

Fizikoje koherencija – tai kelių virpesių ar bangų procesų koreliacija (nuoseklumas) laike, kuri pasireiškia juos sudėjus. Virpesiai yra koherentiniai, jei skirtumas tarp jų fazių yra pastovus laike ir sudėjus svyravimus gaunamas tokio pat dažnio svyravimas.

Jei dviejų svyravimų fazių skirtumas kinta labai lėtai, tai sakoma, kad virpesiai kurį laiką išlieka koherentiški. Šis laikas vadinamas darnos laiku.

Erdvinė darna – virpesių, vykstančių vienu metu skirtinguose bangos sklidimo krypčiai statmenos plokštumos taškuose, darna.

Stimuliuota emisija – naujo fotono susidarymas kvantinei sistemai (atomui, molekulei, branduoliui ir kt.) pereinant iš sužadintos būsenos į stabilią (žemesnio energijos lygio) būseną, veikiant indukuojančiam fotonui, kuris buvo lygus energijos lygių skirtumui. Sukurtas fotonas turi tokią pat energiją, impulsą, fazę ir poliarizaciją kaip ir indukuojantis fotonas (kuris nėra absorbuojamas).

Lazerio spinduliavimas gali būti nuolatinis, pastovios galios arba impulsinis, pasiekiantis itin dideles didžiausias galias. Kai kuriose schemose lazerio darbinis elementas naudojamas kaip optinis stiprintuvas spinduliavimui iš kito šaltinio.

Fizinis lazerio veikimo pagrindas yra stimuliuojamos (sukeliamosios) spinduliuotės reiškinys. Reiškinio esmė ta, kad sužadintas atomas gali išspinduliuoti fotoną veikiamas kito fotono jo nesugerdamas, jeigu pastarojo energija lygi atomo lygių energijų skirtumui prieš ir po fotono. emisija. Šiuo atveju skleidžiamas fotonas yra koherentas su fotonu, kuris sukėlė spinduliuotę (tai yra jo „tiksli kopija“). Taip sustiprinama šviesa. Šis reiškinys skiriasi nuo spontaniškos emisijos, kai skleidžiami fotonai turi atsitiktines sklidimo, poliarizacijos ir fazės kryptis.

Visi lazeriai susideda iš trijų pagrindinių dalių:

aktyvią (darbo) aplinką;

siurbimo sistemos (energijos šaltinis);

optinis rezonatorius (gali nebūti, jei lazeris veikia stiprintuvo režimu).

Kiekvienas iš jų numato lazerio veikimą, kad jis atliktų specifines funkcijas.

Geometrinė optika. Visiško vidinio atspindžio fenomenas. Ribinis viso atspindžio kampas. Spindulių eiga. šviesolaidinis pluoštas.

Geometrinė optika – optikos šaka, tirianti šviesos sklidimo skaidriose terpėse dėsnius ir vaizdų konstravimo principus, kai šviesa praeina optinėse sistemose, neatsižvelgiant į jos bangines savybes.

Visas vidinis atspindys yra vidinis atspindys, jei kritimo kampas viršija tam tikrą kritinį kampą. Tokiu atveju krintanti banga visiškai atsispindi, o atspindžio koeficiento vertė viršija didžiausias poliruotų paviršių vertes. Visiško vidinio atspindžio atspindžio koeficientas nepriklauso nuo bangos ilgio.

Ribinis viso vidinio atspindžio kampas

Kritimo kampas, kuriuo lūžęs spindulys pradeda slysti išilgai sąsajos tarp dviejų terpių, nepereinant į optiškai tankesnę terpę

Ray kelias veidrodžiuose, prizmėse ir lęšiuose

Šviesos spinduliai iš taškinio šaltinio sklinda visomis kryptimis. Optinėse sistemose, lenkdami atgal ir atsispindėdami nuo terpės sąsajos, kai kurie spinduliai tam tikru momentu vėl gali susikirsti. Taškas vadinamas taškiniu vaizdu. Kai spindulys atsimuša į veidrodžius, įvykdomas dėsnis: „atspindėtas spindulys visada yra toje pačioje plokštumoje kaip krintantis spindulys ir normalus atšokančio paviršiaus, kuris eina per kritimo tašką, o kritimo kampas atimamas iš ši norma yra lygi atšokimo kampui.

Skaidulinė optika – šis terminas reiškia

optikos šaka, tirianti fizikinius reiškinius, vykstančius ir vykstančius optinėse skaidulose, arba

tiksliosios inžinerijos pramonės gaminiai, apimantys optinių skaidulų pagrindu pagamintus komponentus.

Šviesolaidiniai įrenginiai apima lazerius, stiprintuvus, tankintuvus, demultiplekserius ir daugybę kitų. Šviesolaidiniai komponentai apima izoliatorius, veidrodžius, jungtis, skirstytuvus ir tt Šviesolaidinio įrenginio pagrindas yra jo optinė grandinė – šviesolaidinių komponentų, sujungtų tam tikra seka, rinkinys. Optinės grandinės gali būti uždaros arba atviros, su grįžtamuoju ryšiu arba be jo.

Visiškas vidinis atspindys

Vidinis atspindys- elektromagnetinių bangų atspindžio iš dviejų skaidrių terpių sąsajos reiškinys, jei banga nukrenta iš terpės, kurios lūžio rodiklis didesnis.

Neišsamus vidinis atspindys- vidinis atspindys, jei kritimo kampas yra mažesnis už kritinį kampą. Šiuo atveju spindulys suskaidomas į lūžusią ir atspindėtą.

Visiškas vidinis atspindys- vidinis atspindys, jei kritimo kampas viršija tam tikrą kritinį kampą. Tokiu atveju krintanti banga visiškai atsispindi, o atspindžio koeficiento vertė viršija didžiausias poliruotų paviršių vertes. Be to, viso vidinio atspindžio atspindžio koeficientas nepriklauso nuo bangos ilgio.

Šis optinis reiškinys stebimas plačiam elektromagnetinės spinduliuotės spektrui, įskaitant rentgeno spindulių diapazoną.

Geometrinės optikos rėmuose reiškinio paaiškinimas yra trivialus: remiantis Snell dėsniu ir atsižvelgiant į tai, kad lūžio kampas negali viršyti 90 °, gauname, kad kritimo kampu, kurio sinusas yra didesnis už santykį mažesnis lūžio rodiklis iki didesnio koeficiento, elektromagnetinė banga turi visiškai atsispindėti pirmoje terpėje.

Remiantis reiškinio bangų teorija, elektromagnetinė banga vis dėlto prasiskverbia į antrąją terpę - ten sklinda vadinamoji „nevienodoji banga“, kuri eksponentiškai nyksta ir kartu su savimi neišneša energijos. Būdingas nehomogeniškos bangos įsiskverbimo į antrąją terpę gylis yra bangos ilgio eilės.

Visas vidinis šviesos atspindys

Apsvarstykite vidinį atspindį naudodami dviejų monochromatinių spindulių, patenkančių į dviejų terpių sąsają, pavyzdį. Spinduliai krinta iš tankesnės terpės zonos (pažymėtos tamsesne mėlyna spalva), kurios lūžio rodiklis yra mažesnės tankios terpės (pažymėtos šviesiai mėlyna spalva), kurios lūžio rodiklis yra ribos.

Raudonas spindulys krenta kampu, tai yra prie terpės ribos, jis išsišakoja – iš dalies lūžta ir iš dalies atsispindi. Dalis pluošto lūžta kampu.

Žalias spindulys krenta ir visiškai atsispindi src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Visiškas vidinis atspindys gamtoje ir technologijoje

Rentgeno spindulių atspindys

Rentgeno spindulių refrakciją ganymo metu pirmasis suformulavo M. A. Kumachovas, sukūręs rentgeno veidrodį, o teoriškai pagrindė Arthuras Comptonas 1923 m.

Kiti bangų reiškiniai

Refrakcija, taigi ir viso vidinio atspindžio poveikis, yra įmanomas, pavyzdžiui, garso bangoms ant paviršiaus ir skysčio masės perėjimo tarp skirtingo klampumo ar tankio zonų metu.

Reiškiniai, panašūs į visiško vidinio elektromagnetinės spinduliuotės atspindžio poveikį, stebimi lėtųjų neutronų pluoštams.

Jei vertikaliai poliarizuota banga krenta ant sąsajos Brewsterio kampu, tada bus stebimas visiškos refrakcijos efektas - nebus atsispindėjusios bangos.

Pastabos

Wikimedia fondas. 2010 m.

• Pilnas kvėpavimas
• Visiškas pasikeitimas

Pažiūrėkite, kas yra „Visiškas vidinis atspindys“ kituose žodynuose:

VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS- apmąstymų el. magn. spinduliuotė (ypač šviesa), kai ji patenka į sąsają tarp dviejų skaidrių terpių iš terpės, turinčios didelį lūžio rodiklį. P. in. O. atliekamas, kai kritimo kampas i viršija tam tikrą ribinį (kritinį) kampą ... Fizinė enciklopedija

Visiškas vidinis atspindys- Visiškas vidinis atspindys. Kai šviesa sklinda iš terpės, kurios n1 > n2, atsiranda visiškas vidinis atspindys, jei kritimo kampas a2 > apr; kritimo kampu a1 Iliustruotas enciklopedinis žodynas

Visiškas vidinis atspindys- optinės spinduliuotės atspindys (žr. Optinė spinduliuotė) (šviesa) arba skirtingo diapazono elektromagnetinė spinduliuotė (pavyzdžiui, radijo bangos), kai ji patenka į dviejų skaidrių laikmenų sąsają iš terpės, kurios lūžio rodiklis yra didelis ... .. . Didžioji sovietinė enciklopedija

VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS- elektromagnetinės bangos, atsiranda, kai jos patenka iš terpės, kurios lūžio rodiklis didelis n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2 kritimo kampu a viršijantį ribinį kampą apr, nulemtą santykiu sinapr=n2/n1. Užbaigti…… Šiuolaikinė enciklopedija

VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS- VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS, ATSPINDIMAS be šviesos lūžio ties riba. Kai šviesa pereina iš tankesnės terpės (pvz., Stiklo) į mažiau tankią terpę (vandenį ar orą), atsiranda lūžio kampų zona, kurioje šviesa nepraeina per ribą ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

visiškas vidinis atspindys- Šviesos atspindys iš optiškai mažiau tankios terpės su visišku grįžimu į terpę, iš kurios ji nukrenta. [Rekomenduojamų terminų rinkinys. 79 laida. Fizinė optika. SSRS mokslų akademija. Mokslinės ir techninės terminijos komitetas. 1970] Temos… … Techninis vertėjo vadovas

VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS- elektromagnetinės bangos atsiranda, kai jos krenta įstrižai ant sąsajos tarp 2 terpių, kai spinduliuotė pereina iš terpės su dideliu lūžio rodikliu n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2, o kritimo kampas i viršija ribinį kampą ... ... Didysis enciklopedinis žodynas

visiškas vidinis atspindys- elektromagnetinės bangos, atsiranda įstrižai 2 terpių sąsajoje, kai spinduliuotė pereina iš terpės su dideliu lūžio rodikliu n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2, o kritimo kampas i viršija ribinį kampą ipr. . enciklopedinis žodynas

Ribinis viso atspindžio kampas yra šviesos kritimo kampas į sąsają tarp dviejų terpių, atitinkantis 90 laipsnių lūžio kampą.

Skaidulinė optika yra optikos šaka, tirianti optinėse skaidulose vykstančius ir vykstančius fizikinius reiškinius.

4. Bangų sklidimas optiškai nehomogeninėje terpėje. Spindulių kreivumo paaiškinimas. Miražai. Astronominė refrakcija. Nehomogeninė terpė radijo bangoms.

Miražas yra optinis reiškinys atmosferoje: šviesos atspindys ribose tarp labai skirtingų tankio oro sluoksnių. Stebėtojui toks atspindys susideda iš to, kad kartu su tolimu objektu (arba dangaus dalimi) matomas jo įsivaizduojamas vaizdas, pasislinkęs objekto atžvilgiu. Miražai skirstomi į apatinius, matomus po objektu, viršutinius, virš objekto ir šoninius.

prastesnis miražas

Jis stebimas esant labai dideliam vertikaliam temperatūros gradientui (krentant su aukščiu) ant perkaitusios plokščios dangos, dažnai dykumos ar asfaltuoto kelio. Įsivaizduojamas dangaus vaizdas sukuria vandens iliuziją paviršiuje. Taigi kelias, einantis į tolį karštą vasaros dieną, atrodo šlapias.

pranašesnis miražas

Jis stebimas virš šalto žemės paviršiaus su inversiniu temperatūros pasiskirstymu (auga su savo aukščiu).

Fata Morgana

Sudėtingi miražo reiškiniai su ryškiu objektų išvaizdos iškraipymu vadinami Fata Morgana.

tūrinis miražas

Kalnuose labai retai, esant tam tikroms sąlygoms, gana arti galima pamatyti „iškreiptą aš“. Šis reiškinys paaiškinamas „sustabdytų“ vandens garų buvimu ore.

Astronominė refrakcija - šviesos spindulių lūžimo iš dangaus kūnų reiškinys, kai jie praeina per atmosferą / Kadangi planetų atmosferų tankis visada mažėja didėjant aukščiui, šviesos lūžimas vyksta taip, kad, esant jo išgaubimui, kreivas spindulys visuose atvejų žvelgia į zenitą. Šiuo atžvilgiu refrakcija visada „pakelia“ dangaus kūnų vaizdus aukščiau jų tikrosios padėties.

Refrakcija sukelia daugybę optinių-atmosferinių efektų Žemėje: padidėjimą dienos ilguma dėl to, kad Saulės diskas dėl lūžio pakyla virš horizonto keliomis minutėmis anksčiau nei momentas, kada Saulė turėtų pakilti, remiantis geometriniais sumetimais; matomų Mėnulio ir Saulės diskų suplokštėjimas šalia horizonto dėl to, kad apatinis diskų kraštas lūžimu pakyla aukščiau nei viršutinis; žvaigždžių mirksėjimas ir kt. Dėl skirtingo bangos ilgio šviesos spindulių lūžio skirtumo (mėlyni ir violetiniai spinduliai nukrypsta daugiau nei raudoni), šalia horizonto atsiranda akivaizdus dangaus kūnų dažymas.

5. Tiesiškai poliarizuotos bangos samprata. Natūralios šviesos poliarizacija. nepoliarizuota spinduliuotė. dichroiniai poliarizatoriai. Poliarizatorius ir šviesos analizatorius. Maluso įstatymas.

Bangų poliarizacija- trikdžių pasiskirstymo simetrijos pažeidimo reiškinys skersinis banga (pavyzdžiui, elektrinių ir magnetinių laukų stiprumas elektromagnetinėse bangose), palyginti su jos sklidimo kryptimi. IN išilginis Bangoje poliarizacija negali atsirasti, nes tokio tipo bangų trikdžiai visada sutampa su sklidimo kryptimi.

linijinis – trikdymo svyravimai vyksta vienoje plokštumoje. Šiuo atveju kalbama apie plokštuma poliarizuota banga“;

apskritas – amplitudės vektoriaus galas nusako apskritimą svyravimo plokštumoje. Priklausomai nuo vektoriaus sukimosi krypties, teisingai arba paliko.

Šviesos poliarizacija – tai šviesos bangos elektrinio lauko stiprumo vektoriaus virpesių supaprastinimo procesas, kai šviesa praeina per tam tikras medžiagas (lūžio metu) arba kai atsispindi šviesos srautas.

Dichroiniame poliarizatoriuje yra plėvelė, kurioje yra bent viena dichroinė organinė medžiaga, kurios molekulės arba molekulių fragmentai yra plokščios struktūros. Bent dalis plėvelės turi kristalinę struktūrą. Dichroinė medžiaga turi bent vieną spektrinės absorbcijos kreivės maksimumą 400–700 nm ir (arba) 200–400 nm ir 0,7–13 μm spektro diapazonuose. Gaminant poliarizatorių, ant pagrindo uždedama plėvelė, kurioje yra dichroinė organinė medžiaga, jai taikomas orientacinis efektas ir išdžiovinamas. Šiuo atveju plėvelės uždėjimo sąlygos ir orientavimo efekto tipas bei dydis parenkami taip, kad plėvelės eilės parametras, atitinkantis bent vieną maksimumą spektrinės sugerties kreivėje 0,7–13 μm spektro diapazone vertė ne mažesnė kaip 0,8. Bent dalies plėvelės kristalinė struktūra yra trimatė kristalinė gardelė, kurią sudaro dichroinės organinės molekulės. EFEKTAS: poliarizatoriaus veikimo spektrinio diapazono išplėtimas kartu pagerinant jo poliarizacijos charakteristikas.

Maluso dėsnis yra fizinis dėsnis, išreiškiantis tiesiškai poliarizuotos šviesos intensyvumo priklausomybę, kai ji praeina per poliarizatorių, nuo kampo tarp krintančios šviesos poliarizacijos plokštumų ir poliarizatoriaus.

Kur aš 0 - šviesos, patenkančios į poliarizatorių, intensyvumas, aš yra iš poliarizatoriaus sklindančios šviesos intensyvumas, k a- poliarizatoriaus skaidrumo koeficientas.

6. Brewsterio fenomenas. Frenelio formulės atspindžio koeficientui bangoms, kurių elektrinis vektorius yra kritimo plokštumoje, ir bangoms, kurių elektrinis vektorius yra statmenas kritimo plokštumai. Atspindžio koeficientų priklausomybė nuo kritimo kampo. Atsispindėjusių bangų poliarizacijos laipsnis.

Brewsterio dėsnis yra optikos dėsnis, išreiškiantis lūžio rodiklio santykį su tokiu kampu, kuriuo nuo sąsajos atsispindėjusi šviesa bus visiškai poliarizuota plokštumoje, statmenoje kritimo plokštumai, o lūžęs spindulys iš dalies poliarizuotas. kritimo plokštuma, o lūžusio pluošto poliarizacija pasiekia didžiausią vertę. Nesunku nustatyti, kad šiuo atveju atsispindėję ir lūžę spinduliai yra vienas kitą statmeni. Atitinkamas kampas vadinamas Brewsterio kampu. Brewsterio dėsnis: kur n 21 - antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, θ Br yra kritimo kampas (Brewster kampas). Su krintančių (U žemyn) ir atsispindėjusių (U ref) bangų amplitudėmis KBV linijoje, ji yra susijusi su ryšiu:

K bv \u003d (U pad - U neg) / (U pad + U neg)

Naudojant įtampos atspindžio koeficientą (K U), KBV išreiškiamas taip:

K bv \u003d (1 - K U) / (1 + K U) Esant grynai aktyviam apkrovos pobūdžiui, KBV yra lygus:

K bv \u003d R / ρ ties R< ρ или

K bv = ρ / R, kai R ≥ ρ

čia R – aktyvioji apkrovos varža, ρ – linijos banginė varža

7. Šviesos trukdžių samprata. Dviejų nenuoseklių ir koherentinių bangų, kurių poliarizacijos linijos sutampa, pridėjimas. Gautos bangos intensyvumo priklausomybė sudėjus dvi koherentines bangas nuo jų fazių skirtumo. Bangų kelio geometrinio ir optinio skirtumo samprata. Bendrosios trukdžių maksimumų ir minimumų stebėjimo sąlygos.

Šviesos trukdžiai yra netiesinis dviejų ar daugiau šviesos bangų intensyvumo sudėjimas. Šį reiškinį lydi intensyvumo maksimumai ir minimumai, besikeičiantys erdvėje. Jo pasiskirstymas vadinamas trukdžių modeliu. Kai šviesa trukdo, energija perskirstoma erdvėje.

Bangos ir jas sužadinantys šaltiniai vadinami koherentiniais, jei bangų fazių skirtumas nepriklauso nuo laiko. Bangos ir jas sužadinantys šaltiniai vadinami nenuosekliais, jei bangų fazių skirtumas kinta laikui bėgant. Skirtumo formulė:

, kur , ,

8. Laboratoriniai šviesos trukdžių stebėjimo metodai: Youngo eksperimentas, Frenelio biprizma, Frenelio veidrodžiai. Trikdžių maksimumų ir minimumų padėčių skaičiavimas.

Jungo eksperimentas – Eksperimento metu šviesos spindulys nukreipiamas į nepermatomą ekraną-ekraną su dviem lygiagrečiais plyšiais, už kurių sumontuotas projekcinis ekranas. Šis eksperimentas parodo šviesos trukdžius, o tai yra bangų teorijos įrodymas. Plyšių ypatumas yra tas, kad jų plotis yra maždaug lygus skleidžiamos šviesos bangos ilgiui. Toliau aptariamas lizdo pločio poveikis trukdžiams.

Darant prielaidą, kad šviesa susideda iš dalelių ( korpuskulinė šviesos teorija), tada projekciniame ekrane būtų matomos tik dvi lygiagrečios šviesos juostos, einančios pro ekrano plyšius. Tarp jų projekcinis ekranas liktų praktiškai neapšviestas.

Frenelio biprizmė – fizikoje – dviguba prizmė su labai mažais kampais viršūnėse.
Frenelio biprizma yra optinis įtaisas, leidžiantis vienam šviesos šaltiniui suformuoti dvi koherentines bangas, kurios leidžia ekrane stebėti stabilų trukdžių modelį.
Frenkelio biprizma yra šviesos banginės prigimties eksperimentinio įrodymo priemonė.

Frenelio veidrodžiai yra optinis prietaisas, kurį 1816 m. pasiūlė O. J. Fresnelis, skirtas stebėti koherentinių šviesos spindulių reiškinį. Įrenginys susideda iš dviejų plokščių veidrodžių I ir II, sudarančių dvikampį kampą, kuris nuo 180° skiriasi tik keliomis lanko minutėmis (žr. 1 pav. skiltyje Šviesos trukdžiai). Kai veidrodžiai apšviečiami iš šaltinio S, nuo veidrodžių atsispindėjusių spindulių pluoštai gali būti laikomi kylančiais iš koherentinių šaltinių S1 ir S2, kurie yra įsivaizduojami S vaizdai. Erdvėje, kurioje spinduliai persidengia, atsiranda trukdžių. Jei šaltinis S yra linijinis (plyšys) ir lygiagretus FZ kraštui, tada, kai apšviečiamas monochromatine šviesa, ekrane M stebimas trukdžių modelis vienodo atstumo tamsių ir šviesių juostų pavidalu, lygiagrečiai plyšiui, kurį galima montuoti bet kur. sijos persidengimo srityje. Atstumas tarp juostų gali būti naudojamas šviesos bangos ilgiui nustatyti. Eksperimentai, atlikti su PV, buvo vienas iš lemiamų šviesos banginės prigimties įrodymų.

9. Šviesos trukdžiai plonose plėvelėse. Šviesių ir tamsių juostų susidarymo atspindėtoje ir sklindančioje šviesoje sąlygos.

10. Vienodo nuolydžio ir vienodo storio juostos. Niutono trukdžių žiedai. Tamsių ir šviesių žiedų spinduliai.

11. Šviesos trukdžiai plonose plėvelėse esant normaliam šviesos kritimui. Optinių prietaisų apšvietimas.

12. Michelson ir Jamin optiniai interferometrai. Medžiagos lūžio rodiklio nustatymas naudojant dviejų spindulių interferometrus.

13. Daugiatakių šviesos trukdžių samprata. Fabry-Perot interferometras. Baigtinio skaičiaus vienodos amplitudės bangų, kurių fazės sudaro aritmetinę progresiją, sudėjimas. Susidarančios bangos intensyvumo priklausomybė nuo trukdančių bangų fazių skirtumo. Pagrindinių trukdžių maksimumų ir minimumų susidarymo sąlyga. Kelių spindulių trukdžių modelio pobūdis.

14. Bangų difrakcijos samprata. Bangos parametras ir geometrinės optikos dėsnių taikymo ribos. Huygens-Fresnelio principas.

15. Frenelio zonų metodas ir tiesinio šviesos sklidimo įrodymas.

16. Frenelio difrakcija pagal apvalią skylę. Frenelio zonos spinduliai sferiniams ir plokštuminiams bangų frontams.

17. Šviesos difrakcija nepermatomame diske. Frenelio zonų ploto apskaičiavimas.

18. Bangos amplitudės didinimo, praeinant pro apvalią skylę, problema. Amplitudės ir fazių zonos plokštės. Fokusavimo ir zoninės plokštės. Fokusuojantis objektyvas kaip ribojantis laiptuotos fazės zonos plokštės atvejis. Zonavimo lęšiai.

Pirma, šiek tiek pafantazuokime. Įsivaizduokite karštą vasaros dieną prieš Kristų, primityvus žmogus ietimi medžioja žuvis. Jis pastebi jos padėtį, taikosi ir smūgiuoja kažkodėl visai ne ten, kur buvo matoma žuvis. Praleidote? Ne, žvejo rankose grobis! Reikalas tas, kad mūsų protėvis intuityviai suprato temą, kurią dabar studijuosime. Kasdienybėje matome, kad į vandens stiklinę įmerktas šaukštas atrodo kreivas, žiūrint pro stiklinį indelį, daiktai kreivai. Visus šiuos klausimus svarstysime pamokoje, kurios tema: „Šviesos lūžimas. Šviesos lūžio dėsnis. Visiškas vidinis atspindys.

Ankstesnėse pamokose apie spindulio likimą kalbėjome dviem atvejais: kas atsitiks, jei šviesos spindulys sklinda skaidriai vienalytėje terpėje? Teisingas atsakymas yra tas, kad jis plis tiesia linija. O kas atsitiks, kai šviesos spindulys kris ant dviejų laikmenų sąsajos? Praėjusioje pamokoje mes kalbėjome apie atspindėtą spindulį, šiandien mes apsvarstysime tą šviesos pluošto dalį, kurią sugeria terpė.

Koks bus pluošto, prasiskverbusio iš pirmos optiškai skaidrios terpės į antrąją optiškai skaidrią terpę, likimas?

Ryžiai. 1. Šviesos lūžimas

Jei spindulys patenka ant dviejų skaidrių terpių sąsajos, dalis šviesos energijos grįžta į pirmąją terpę, sukurdama atspindėtą spindulį, o kita dalis pereina į antrąją terpę ir, kaip taisyklė, keičia savo kryptį.

Šviesos sklidimo krypties pokytis, kai ji praeina per dviejų terpių sąsają, vadinamas šviesos lūžis(1 pav.).

Ryžiai. 2. Kritimo, lūžio ir atspindžio kampai

2 paveiksle matome krintantį spindulį, kritimo kampas bus žymimas α. Spindulys, nustatantis lūžusio šviesos pluošto kryptį, bus vadinamas lūžusiu pluoštu. Kampas tarp statmens sąsajai tarp terpės, atkurtos nuo kritimo taško, ir lūžusio pluošto vadinamas lūžio kampu, paveiksle tai kampas γ. Norėdami užbaigti vaizdą, taip pat pateikiame atspindėto pluošto vaizdą ir atitinkamai atspindžio kampą β. Koks ryšys tarp kritimo kampo ir lūžio kampo, ar galima nuspėti, žinant kritimo kampą ir iš kurios terpės į kurią pateko spindulys, koks bus lūžio kampas? Pasirodo, tu gali!

Gauname dėsnį, kuris kiekybiškai apibūdina kritimo kampo ir lūžio kampo ryšį. Pasinaudokime Huygenso principu, kuris reguliuoja bangos sklidimą terpėje. Įstatymas susideda iš dviejų dalių.

Krintantis spindulys, lūžęs spindulys ir statmenas, atkurtas į kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje.

Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis yra pastovi dviejų nurodytų terpių reikšmė ir yra lygus šviesos greičių šiose terpėse santykiui.

Šis dėsnis vadinamas Snello dėsniu, pirmą kartą jį suformulavusio olandų mokslininko vardu. Lūžio priežastis yra šviesos greičių skirtumas skirtingose ​​​​terpėse. Galite patikrinti lūžio dėsnio galiojimą eksperimentiškai nukreipdami šviesos spindulį skirtingais kampais į sąsają tarp dviejų terpių ir išmatuodami kritimo ir lūžio kampus. Jei pakeisime šiuos kampus, išmatuosime sinusus ir surasime šių kampų sinusų santykius, įsitikinsime, kad lūžio dėsnis tikrai galioja.

Lūžio dėsnio, naudojant Huygenso principą, įrodymas yra dar vienas šviesos banginės prigimties patvirtinimas.

Santykinis lūžio rodiklis n 21 parodo, kiek kartų šviesos greitis V 1 pirmoje terpėje skiriasi nuo šviesos greičio V 2 antroje terpėje.

Santykinis lūžio rodiklis yra aiškus įrodymas, kad šviesos krypties pasikeitimo priežastis pereinant iš vienos terpės į kitą yra skirtingas šviesos greitis abiejose terpėse. Terminas „terpės optinis tankis“ dažnai vartojamas terpės optinėms savybėms apibūdinti (3 pav.).

Ryžiai. 3. Terpės optinis tankis (α > γ)

Jei spindulys pereina iš terpės, kurios šviesos greitis didesnis, į terpę, kurios šviesos greitis mažesnis, tai, kaip matyti iš 3 paveikslo ir šviesos lūžio dėsnio, jis bus prispaustas prie statmenos, t. , lūžio kampas yra mažesnis už kritimo kampą. Šiuo atveju teigiama, kad spindulys perėjo iš mažiau tankios optinės terpės į optiškai tankesnę terpę. Pavyzdys: iš oro į vandenį; nuo vandens iki stiklo.

Galima ir atvirkštinė situacija: šviesos greitis pirmoje terpėje yra mažesnis už šviesos greitį antroje terpėje (4 pav.).

Ryžiai. 4. Terpės optinis tankis (α< γ)

Tada lūžio kampas bus didesnis nei kritimo kampas, ir toks perėjimas bus sakoma, kad iš optiškai tankesnės į mažiau optiškai tankią terpę (nuo stiklo iki vandens).

Dviejų laikmenų optinis tankis gali gana ženkliai skirtis, todėl tampa įmanoma nuotraukoje (5 pav.) parodyta situacija:

Ryžiai. 5. Skirtumas tarp terpės optinio tankio

Atkreipkite dėmesį į tai, kaip galva pasislenka kūno atžvilgiu, kuris yra skystyje, didesnio optinio tankio terpėje.

Tačiau santykinis lūžio rodiklis ne visada yra patogi charakteristika darbui, nes priklauso nuo šviesos greičių pirmoje ir antroje terpėje, tačiau tokių derinių ir dviejų terpių derinių (vanduo – oras, stiklas) gali būti labai daug. - deimantas, glicerinas - alkoholis, stiklas - vanduo ir pan.). Lentelės būtų labai griozdiškos, būtų nepatogu dirbti, tada buvo įvesta viena absoliuti aplinka, su kuria lyginamas šviesos greitis kitose aplinkose. Vakuumas buvo pasirinktas kaip absoliutus, o šviesos greičiai lyginami su šviesos greičiu vakuume.

Terpės absoliutus lūžio rodiklis n- tai reikšmė, apibūdinanti terpės optinį tankį ir lygi šviesos greičio santykiui SU vakuume iki šviesos greičio tam tikroje terpėje.

Absoliutus lūžio rodiklis darbui patogesnis, nes visada žinome šviesos greitį vakuume, jis lygus 3·10 8 m/s ir yra universali fizikinė konstanta.

Absoliutus lūžio rodiklis priklauso nuo išorinių parametrų: temperatūros, tankio, taip pat nuo šviesos bangos ilgio, todėl lentelėse dažniausiai nurodomas vidutinis lūžio rodiklis tam tikram bangų ilgių diapazonui. Jei palygintume oro, vandens ir stiklo lūžio rodiklius (6 pav.), pamatytume, kad oro lūžio rodiklis artimas vienetui, todėl spręsdami uždavinius imsime jį kaip vienetą.

Ryžiai. 6. Skirtingų terpių absoliučių lūžio rodiklių lentelė

Nesunku nustatyti ryšį tarp absoliutaus ir santykinio terpės lūžio rodiklio.

Santykinis lūžio rodiklis, ty pluošto, pereinančio iš terpės vienas į vidutinį du, yra lygus absoliutaus lūžio rodiklio antroje terpėje ir absoliutaus lūžio rodiklio santykiui pirmoje terpėje.

Pavyzdžiui: = ≈ 1,16

Jei abiejų terpių absoliutieji lūžio rodikliai yra beveik vienodi, tai reiškia, kad santykinis lūžio rodiklis pereinant iš vienos terpės į kitą bus lygus vienetui, tai yra, šviesos spindulys iš tikrųjų nebus lūžęs. Pavyzdžiui, pereinant nuo anyžių aliejaus prie brangakmenio, berilis praktiškai nenukryps nuo šviesos, tai yra, elgsis taip pat, kaip praeis per anyžių aliejų, nes jų lūžio rodiklis yra atitinkamai 1,56 ir 1,57, todėl brangakmenis gali būti kaip pasislėpti skystyje, jo tiesiog nesimatys.

Jei įpilsite vandens į permatomą stiklą ir žiūrėsite pro stiklo sienelę į šviesą, pamatysime sidabrinį paviršiaus blizgesį dėl visiško vidinio atspindžio reiškinio, apie kurį dabar bus kalbama. Kai šviesos spindulys pereina iš tankesnės optinės terpės į mažiau tankią optinę terpę, galima pastebėti įdomų efektą. Tikslumui manysime, kad šviesa iš vandens pereina į orą. Tarkime, kad rezervuaro gilumoje yra taškinis šviesos S šaltinis, skleidžiantis spindulius visomis kryptimis. Pavyzdžiui, naras šviečia žibintuvėliu.

Spindulys SO 1 krenta ant vandens paviršiaus mažiausiu kampu, šis spindulys dalinai lūžta - spindulys O 1 A 1 ir iš dalies atsispindi atgal į vandenį - spindulys O 1 B 1. Taigi dalis krentančio pluošto energijos perduodama lūžusiam pluoštui, o likusi energijos dalis – atsispindėjusiam.

Ryžiai. 7. Visiškas vidinis atspindys

Pluoštas SO 2, kurio kritimo kampas yra didesnis, taip pat yra padalintas į du pluoštus: lūžtantį ir atspindėtą, tačiau pradinio pluošto energija tarp jų pasiskirsto kitaip: lūžęs pluoštas O 2 A 2 bus silpnesnis nei spindulys O 1 A 1, tai yra, jis gaus mažesnę energijos dalį, o atitinkamai atspindėtas spindulys O 2 V 2 bus ryškesnis nei spindulys O 1 V 1, tai yra, jis gaus didesnę dalį energijos. Didėjant kritimo kampui, atsekamas tas pats dėsningumas – vis didesnė krintančio pluošto energijos dalis atitenka atspindėtam, o vis mažesnė – lūžusiam pluoštui. Lūžęs spindulys tampa blausesnis ir tam tikru momentu visiškai išnyksta, šis išnykimas atsiranda pasiekus kritimo kampą, kuris atitinka lūžio kampą 90 0 . Esant tokiai situacijai, lūžęs spindulys OA turėtų eiti lygiagrečiai vandens paviršiui, bet nėra ko eiti – visa krintančio pluošto SO energija visiškai atiteko atspindėtam pluoštui OB. Natūralu, kad toliau padidėjus kritimo kampui, lūžusio pluošto nebus. Aprašytas reiškinys yra visiškas vidinis atspindys, tai yra, tankesnė optinė terpė nagrinėjamais kampais neskleidžia iš savęs spindulių, jie visi atsispindi jos viduje. Kampas, kuriuo vyksta šis reiškinys, vadinamas ribinis viso vidinio atspindžio kampas.

Ribinio kampo vertę lengva rasti pagal lūžio dėsnį:

= => = arcsin, vandeniui ≈ 49 0

Įdomiausias ir populiariausias visiško vidinio atspindžio reiškinio pritaikymas yra vadinamieji bangolaidžiai arba šviesolaidžiai. Būtent tokį signalizacijos būdą naudoja šiuolaikinės telekomunikacijų bendrovės internete.

Gavome šviesos lūžio dėsnį, pristatėme naują sąvoką – santykinius ir absoliučius lūžio rodiklius, taip pat išsiaiškinome visiško vidinio atspindžio fenomeną ir jo pritaikymą, pavyzdžiui, šviesolaidį. Įtvirtinti žinias galite išnagrinėję atitinkamus testus ir treniruoklius pamokų skiltyje.

Gaukime šviesos lūžio dėsnio įrodymą, naudodami Huygenso principą. Svarbu suprasti, kad lūžio priežastis yra šviesos greičių skirtumas dviejose skirtingose ​​terpėse. Šviesos greitį pirmoje terpėje pažymėkime V 1 , o antroje terpėje - V 2 (8 pav.).

Ryžiai. 8. Šviesos lūžimo dėsnio įrodymas

Tegul plokštuma šviesos banga nukrenta ant plokščios sąsajos tarp dviejų terpių, pavyzdžiui, iš oro į vandenį. Bangos paviršius AC yra statmenas spinduliams ir , sąsaja tarp terpės MN pirmiausia pasiekia spindulį , o spindulys tą patį paviršių pasiekia po laiko intervalo ∆t, kuris bus lygus kelio SW padalijus iš šviesos greičio. pirmoje terpėje .

Todėl tuo momentu, kai antrinė banga taške B tik pradeda sužadinti, banga iš taško A jau turi pusrutulio formą, kurio spindulys AD, kuris lygus šviesos greičiui antroje terpėje ∆t: AD = ∆t, tai yra Huygenso principas vizualiniame veiksme. Lūžusios bangos bangos paviršių galima gauti nubrėžus paviršiaus liestinę visoms antrinėms bangoms antroje terpėje, kurių centrai yra ant terpės sąsajos, šiuo atveju tai yra plokštuma BD, tai yra antrinės bangos. Spindulio kritimo kampas α lygus kampui CAB trikampyje ABC, vieno iš šių kampų kraštinės statmenos kito kraštinėms. Todėl SW bus lygus šviesos greičiui pirmoje terpėje ∆t

CB = ∆t = AB sin α

Savo ruožtu lūžio kampas bus lygus kampui ABD trikampyje ABD, todėl:

AD = ∆t = AB sin γ

Padalinę terminą iš termino, gauname:

n yra pastovi reikšmė, kuri nepriklauso nuo kritimo kampo.

Gavome šviesos lūžio dėsnį, kritimo kampo sinusas su lūžio kampo sinusu yra pastovi duotų dviejų terpių reikšmė ir lygi šviesos greičių santykiui dviejose duotose terpėse.

Kubinis indas nepermatomomis sienelėmis yra išdėstytas taip, kad stebėtojo akis nemato jo dugno, o visiškai mato indo CD sienelę. Kiek vandens reikia įpilti į indą, kad stebėtojas matytų objektą F, esantį b = 10 cm atstumu nuo kampo D? Laivo kraštas α = 40 cm (9 pav.).

Kas labai svarbu sprendžiant šią problemą? Spėkite, kad kadangi akis nemato indo dugno, o mato kraštinį šoninės sienelės tašką, o indas yra kubas, tai sijos kritimo į vandens paviršių kampas, kai jį pilsime būti lygus 45 0.

Ryžiai. 9. Egzamino užduotis

Spindulys patenka į tašką F, o tai reiškia, kad mes aiškiai matome objektą, o juoda punktyrinė linija rodo pluošto eigą, jei nebūtų vandens, tai yra į tašką D. Iš trikampio NFC kampo liestinė β, lūžio kampo liestinė, yra priešingos kojos santykis su gretima arba, remiantis paveikslu, h atėmus b, padalytas iš h.

tg β = = , h yra skysčio, kurį išpylėme, aukštis;

Intensyviausias visiško vidinio atspindžio reiškinys naudojamas šviesolaidinėse sistemose.

Ryžiai. 10. Šviesolaidžiai

Jei šviesos spindulys nukreipiamas į kieto stiklo vamzdžio galą, po daugkartinio visiško vidinio atspindžio spindulys išeis iš priešingos vamzdžio pusės. Pasirodo, stiklinis vamzdis yra šviesos bangos laidininkas arba bangolaidis. Taip atsitiks, nesvarbu, ar vamzdis tiesus, ar išlenktas (10 pav.). Pirmieji šviesos kreiptuvai, tai antrasis bangolaidžių pavadinimas, buvo naudojami sunkiai pasiekiamoms vietoms apšviesti (atliekant medicininius tyrimus, kai šviesa tiekiama į vieną šviesolaidžio galą, o kitas galas apšviečia reikiamą vietą) . Pagrindinis pritaikymas – medicina, variklių defektoskopija, tačiau tokie bangolaidžiai plačiausiai naudojami informacijos perdavimo sistemose. Šviesos bangos nešiklio dažnis yra milijoną kartų didesnis už radijo signalo dažnį, o tai reiškia, kad informacijos kiekis, kurį galime perduoti naudodamiesi šviesos banga, yra milijonus kartų didesnis nei radijo bangomis perduodamos informacijos kiekis. Tai puiki galimybė paprastai ir nebrangiai perteikti didžiulį kiekį informacijos. Paprastai informacija perduodama šviesolaidžiu naudojant lazerio spinduliuotę. Skaidulinė optika yra būtina norint greitai ir kokybiškai perduoti kompiuterio signalą, kuriame yra daug perduodamos informacijos. O viso to esmė slypi toks paprastas ir įprastas reiškinys kaip šviesos lūžimas.

Bibliografija

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pagrindinis lygis) - M.: Mnemozina, 2012 m.
2. Gendensteinas L.E., Dickas Yu.I. Fizikos 10 klasė. - M.: Mnemosyne, 2014 m.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika – 9, Maskva, Švietimas, 1990 m.

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

Namų darbai

1. Apibrėžkite šviesos lūžį.
2. Įvardykite šviesos lūžio priežastį.
3. Įvardykite populiariausius visiško vidinio atspindžio pritaikymus.

23 PASKAITA GEOMETRINĖ OPTIKA

23 PASKAITA GEOMETRINĖ OPTIKA

1. Šviesos atspindžio ir lūžio dėsniai.

2. Visiškas vidinis atspindys. šviesolaidinis pluoštas.

3. Lęšiai. Objektyvo optinė galia.

4. Objektyvo aberacijos.

5. Pagrindinės sąvokos ir formulės.

6. Užduotys.

Sprendžiant daugelį su šviesos sklidimu susijusių problemų, galima pasitelkti geometrinės optikos dėsnius, paremtus šviesos pluošto, kaip linijos, kuria sklinda šviesos bangos energija, samprata. Homogeninėje terpėje šviesos spinduliai yra tiesūs. Geometrinė optika yra ribinis bangų optikos atvejis, nes bangos ilgis linkęs į nulį (λ →0).

23.1. Šviesos atspindžio ir lūžio dėsniai. Visiškas vidinis atspindys, šviesos kreiptuvai

Refleksijos dėsniai

šviesos atspindys- reiškinys, atsirandantis dviejų terpių sąsajoje, dėl kurio šviesos spindulys keičia savo sklidimo kryptį, likdamas pirmoje terpėje. Atspindžio pobūdis priklauso nuo atspindinčio paviršiaus nelygumų matmenų (h) ir bangos ilgio santykio. (λ) krintančią spinduliuotę.

difuzinis atspindys

Kai nelygumai išsidėstę atsitiktinai, o jų dydžiai atitinka bangos ilgį arba jį viršija, difuzinis atspindys- šviesos sklaida įvairiomis kryptimis. Dėl difuzinio atspindžio nešviečiantys kūnai tampa matomi, kai šviesa atsispindi nuo jų paviršių.

Veidrodinis atspindys

Jei nelygumų matmenys yra maži, palyginti su bangos ilgiu (h<< λ), то возникает направленное, или veidrodis,šviesos atspindys (23.1 pav.). Šiuo atveju laikomasi šių įstatymų.

Kritantis spindulys, atspindėtas spindulys ir dviejų terpių sąsajos normalioji linija, nubrėžta per pluošto kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje.

Atspindžio kampas lygus kritimo kampui:β = a.

Ryžiai. 23.1. Spindulių eiga veidrodiniame atspindyje

Lūžio dėsniai

Kai šviesos spindulys patenka į dviejų skaidrių terpių sąsają, jis yra padalintas į du pluoštus: atspindėtą ir lūžo(23.2 pav.). Lūžęs spindulys sklinda antroje terpėje, keisdamas savo kryptį. Optinė terpės charakteristika yra absoliutus

Ryžiai. 23.2. Spindulių eiga lūžio metu

lūžio rodiklis, kuris yra lygus šviesos greičio vakuume ir šviesos greičio šioje terpėje santykiui:

Lūžusio pluošto kryptis priklauso nuo dviejų terpių lūžio rodiklių santykio. Vykdomi šie lūžio dėsniai.

Kritantis spindulys, lūžęs spindulys ir dviejų terpių sąsajos normalioji linija, nubrėžta per pluošto kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje.

Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis yra pastovi vertė, lygi antrosios ir pirmosios terpės absoliučių lūžio rodiklių santykiui:

23.2. visiškas vidinis atspindys. šviesolaidis

Apsvarstykite šviesos perėjimą iš terpės, kurios lūžio rodiklis didelis n 1 (optiškai tankesnis) į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n 2 (optiškai mažiau tankus). 23.3 paveiksle pavaizduoti spinduliai, patenkantys į stiklo ir oro sąsają. Stiklo lūžio rodiklis n 1 = 1,52; orui n 2 = 1,00.

Ryžiai. 23.3. Visiško vidinio atspindžio atsiradimas (n 1 > n 2)

Padidėjus kritimo kampui, lūžio kampas didėja tol, kol lūžio kampas tampa 90°. Toliau didėjant kritimo kampui, krintantis spindulys ne lūžta, o pilnai atsispindi sąsajoje. Šis reiškinys vadinamas visiškas vidinis atspindys. Jis stebimas, kai šviesa krinta iš tankesnės terpės ant ribos su mažiau tankia terpe ir susideda iš toliau nurodytų dalykų.

Jei kritimo kampas viršija ribinį šių laikmenų kampą, sąsajoje nėra lūžio ir krintanti šviesa visiškai atsispindi.

Ribinis kritimo kampas nustatomas pagal ryšį

Atsispindėjusio ir lūžusio pluošto intensyvumo suma lygi krintančio pluošto intensyvumui. Didėjant kritimo kampui, atsispindėjusio pluošto intensyvumas didėja, o lūžusio pluošto intensyvumas mažėja ir ribiniam kritimo kampui tampa lygus nuliui.

šviesolaidinis pluoštas

Visiško vidinio atspindžio reiškinys naudojamas lanksčiuose šviesos kreiptuvuose.

Jei šviesa nukreipta į plono stiklo pluošto galą, apsuptą apvalkalu su mažesniu kampo lūžio rodikliu, tada šviesa sklis per pluoštą ir patirs visišką atspindį stiklo dangos sąsajoje. Toks pluoštas vadinamas šviesos vadovas.Šviesos kreiptuvo posūkiai netrukdo šviesai praeiti

Šiuolaikiniuose šviesos kreiptuvuose šviesos praradimas dėl jos sugerties yra labai mažas (maždaug 10% km), todėl juos galima naudoti šviesolaidinio ryšio sistemose. Medicinoje iš plonų šviesos kreiptuvų ryšulių gaminami endoskopai, kuriais vizualiai apžiūrimi tuščiaviduriai vidaus organai (23.5 pav.). Skaidulų skaičius endoskope siekia milijoną.

Atskiro šviesos kreipiamojo kanalo, išdėstyto bendrame ryšulyje, pagalba perduodama lazerio spinduliuotė, siekiant terapinio poveikio vidaus organams.

Ryžiai. 23.4.Šviesos spindulių sklidimas per pluoštą

Ryžiai. 23.5. endoskopas

Taip pat yra natūralios šviesos kreiptuvai. Pavyzdžiui, žoliniuose augaluose stiebas atlieka šviesos vedlio vaidmenį, kuris atneša šviesą į požeminę augalo dalį. Stiebo ląstelės sudaro lygiagrečias kolonas, kurios primena pramoninių šviesos kreiptuvų dizainą. Jeigu

apšviesti tokią kolonėlę, tiriant ją pro mikroskopą, aišku, kad jos sienelės lieka tamsios, o kiekvienos ląstelės vidus ryškiai apšviestas. Gylis, į kurį tiekiama šviesa tokiu būdu, neviršija 4-5 cm. Tačiau net ir tokio trumpo šviesos vadovo pakanka, kad apšviestų požeminę žolinio augalo dalį.

23.3. Objektyvai. Objektyvo optinė galia

Objektyvas - skaidrus kūnas, paprastai apribotas dviem sferiniais paviršiais, kurių kiekvienas gali būti išgaubtas arba įgaubtas. Tiesi linija, einanti per šių sferų centrus, vadinama Pagrindinė objektyvo optinė ašis(žodis namai dažniausiai praleidžiama).

Vadinamas lęšis, kurio didžiausias storis yra daug mažesnis už abiejų sferinių paviršių spindulius plonas.

Praeinant pro objektyvą šviesos spindulys keičia kryptį – jis nukrypsta. Jei nuokrypis į šoną optinė ašis, tada lęšis vadinamas rinkimas kitaip lęšis vadinamas išsibarstymas.

Bet koks spindulys, patekęs į konverguojantį lęšį lygiagrečiai optinei ašiai, po lūžio eina per optinės ašies (F) tašką, vadinamą Pagrindinis tikslas(23.6 pav., a). Skirtingam objektyvui židinys praeina tęsinys lūžęs spindulys (23.6 pav., b).

Kiekvienas objektyvas turi du židinius, esančius abiejose jo pusėse. Atstumas nuo židinio iki objektyvo centro vadinamas pagrindinis židinio nuotolis(f).

Ryžiai. 23.6. Konverguojančių (a) ir besiskiriančių (b) lęšių fokusavimas

Skaičiavimo formulėse f imamas su „+“ ženklu for susibūrimas lęšius ir su „-“ ženklu išsibarstymas lęšius.

Židinio nuotolio atvirkštinė vertė vadinama objektyvo optinė galia: D = 1/f. Optinės galios vienetas - dioptrija(dptr). 1 dioptrija yra objektyvo, kurio židinio nuotolis yra 1 m, optinė galia.

optinė galia plonas lęšis ir židinio nuotolis priklauso nuo sferų spindulių ir lęšio medžiagos lūžio rodiklio aplinkos atžvilgiu:

kur R1, R2 - lęšio paviršių kreivumo spinduliai; n – lęšio medžiagos lūžio rodiklis aplinkos atžvilgiu; „+“ ženklas yra paimtas išgaubtas paviršius, o ženklas „-“ – už įgaubtas. Vienas iš paviršių gali būti plokščias. Šiuo atveju imkime R = ∞ , 1/R = 0.

Objektyvai naudojami fotografuoti. Apsvarstykite objektą, esantį statmenai susiliejančio lęšio optinei ašiai, ir sukurkite jo viršutinio taško A vaizdą. Viso objekto vaizdas taip pat bus statmenas lęšio ašiai. Priklausomai nuo objekto padėties lęšio atžvilgiu, galimi du spindulių lūžio atvejai, parodyta fig. 23.7.

1. Jei atstumas nuo objekto iki objektyvo viršija židinio nuotolį f, tai taško A skleidžiami spinduliai, praėję pro objektyvą susikerta taške A, kuris vadinamas tikras vaizdas. Gaunamas tikras vaizdas aukštyn kojomis.

2. Jei atstumas nuo objekto iki objektyvo yra mažesnis už židinio nuotolį f, tai taško A skleidžiami spinduliai, praėję pro objektyvą lenktynės-

Ryžiai. 23.7. Tikrieji (a) ir įsivaizduojami (b) vaizdai, kuriuos pateikia konverguojantis objektyvas

vaikščioti aplink o taške A" jų plėtiniai susikerta. Šis taškas vadinamas įsivaizduojamas vaizdas. Gaunasi įsivaizduojamas vaizdas tiesioginis.

Skirstantis lęšis suteikia virtualų objekto vaizdą visose jo padėtyse (23.8 pav.).

Ryžiai. 23.8. Virtualus vaizdas, kurį suteikia divergentinis objektyvas

Skaičiavimui naudojamas vaizdas objektyvo formulė, kuri nustato ryšį tarp nuostatų taškų ir ji Vaizdai

kur f yra židinio nuotolis (skirtingam objektyvui tai neigiamas) a 1 - atstumas nuo objekto iki objektyvo; a 2 yra atstumas nuo vaizdo iki objektyvo ("+" ženklas imamas tikram vaizdui, o ženklas "-" virtualiam vaizdui).

Ryžiai. 23.9. Objektyvo formulės parinktys

Atvaizdo dydžio ir objekto dydžio santykis vadinamas tiesinis padidėjimas:

Linijinis padidėjimas apskaičiuojamas pagal formulę k = a 2 / a 1. objektyvas (net plonas) suteiks „teisingą“ vaizdą, paklusdamas objektyvo formulė, tik jei tenkinamos šios sąlygos:

Lęšio lūžio rodiklis nepriklauso nuo šviesos bangos ilgio arba šviesos pakanka vienspalvis.

Naudojant vaizdo lęšius tikras dalykų, šių apribojimų, kaip taisyklė, nesilaikoma: yra sklaida; kai kurie objekto taškai yra atokiau nuo optinės ašies; krintančios šviesos pluoštai nėra paraksialiniai, lęšis nėra plonas. Visa tai veda prie iškraipymas vaizdai. Siekiant sumažinti iškraipymus, optinių instrumentų lęšiai gaminami iš kelių lęšių, esančių arti vienas kito. Tokio objektyvo optinė galia yra lygi lęšių optinių galių sumai:

23.4. Objektyvo aberacijos

aberacijos yra bendras vaizdo klaidų, atsirandančių naudojant objektyvus, pavadinimas. aberacijos (iš lotynų kalbos „aberratio“- nuokrypis), kurie atsiranda tik ne monochromatinėje šviesoje, vadinami chromatinės. Visi kiti aberacijų tipai yra vienspalvis kadangi jų pasireiškimas nesusijęs su sudėtinga tikrosios šviesos spektrine kompozicija.

1. Sferinė aberacija- vienspalvis aberacija dėl to, kad kraštinės (periferinės) lęšio dalys iš taškinio šaltinio ateinančius spindulius nukrypsta stipriau nei jo centrinė dalis. Dėl to lęšio periferinės ir centrinės sritys sudaro skirtingus taškinio šaltinio S 1 vaizdus (atitinkamai S 2 ir S "2) (23.10 pav.), Todėl bet kurioje ekrano padėtyje vaizdas ant jo gaunama šviesios dėmės pavidalu.

Tokios aberacijos pašalinamos naudojant įgaubtų ir išgaubtų lęšių sistemas.

Ryžiai. 23.10 val. Sferinė aberacija

2. Astigmatizmas- vienspalvis aberacija, susidedanti iš to, kad taško vaizdas turi elipsės formos dėmės formą, kuri tam tikrose vaizdo plokštumos padėtyse išsigimsta į segmentą.

Astigmatizmas įstrižinės sijos pasireiškia tada, kai iš taško sklindantys spinduliai sudaro reikšmingus kampus su optine ašimi. 23.11 paveiksle taškinis šaltinis yra antrinėje optinėje ašyje. Šiuo atveju du vaizdai atsiranda tiesių linijų segmentų pavidalu, statmenai vienas kitam I ir II plokštumose. Šaltinio vaizdą galima gauti tik kaip neryškią dėmę tarp I ir II plokštumų.

Astigmatizmas dėl asimetrijos optinė sistema. Šio tipo astigmatizmas atsiranda, kai dėl pačios sistemos konstrukcijos pažeidžiama optinės sistemos simetrija šviesos pluošto atžvilgiu. Su šia aberacija lęšiai sukuria vaizdą, kuriame skirtingomis kryptimis orientuoti kontūrai ir linijos turi skirtingą ryškumą. Tai pastebima cilindriniuose lęšiuose (23.11 pav., b).

Cilindrinis lęšis sudaro linijinį taškinio objekto vaizdą.

Ryžiai. 23.11. Astigmatizmas: įstrižinės sijos (a); dėl lęšio cilindriškumo (b)

Akyje astigmatizmas susidaro, kai yra lęšiuko ir ragenos sistemų kreivumo asimetrija. Astigmatizmui koreguoti naudojami akiniai, kurių kreivumas skirtingomis kryptimis skiriasi.

3. Iškraipymas(iškraipymas). Kai objekto siunčiami spinduliai sudaro didelį kampą su optine ašimi, randama kita rūšis vienspalvis aberacijos - iškraipymas. Tokiu atveju pažeidžiamas geometrinis objekto ir vaizdo panašumas. Priežastis ta, kad iš tikrųjų linijinis padidinimas, kurį suteikia objektyvas, priklauso nuo spindulių kritimo kampo. Dėl to kvadratinio tinklelio vaizdas paimamas arba pagalvė-, arba statinės formos vaizdas (23.12 pav.).

Siekiant kovoti su iškraipymu, pasirenkama objektyvo sistema su priešingu iškraipymu.

Ryžiai. 23.12. Iškraipymas: a – pagalvėlė, b – statinė

4. Chromatinė aberacija pasireiškia tuo, kad iš taško sklindantis baltos šviesos spindulys suteikia savo vaizdą vaivorykštės apskritimo pavidalu, violetiniai spinduliai susikerta arčiau objektyvo nei raudoni (23.13 pav.).

Chromatinės aberacijos priežastis yra medžiagos lūžio rodiklio priklausomybė nuo krintančios šviesos bangos ilgio (dispersijos). Šiai optikos aberacijai ištaisyti naudojami lęšiai, pagaminti iš skirtingų dispersijų stiklų (achromatų, apochromatų).

Ryžiai. 23.13. Chromatinė aberacija

23.5. Pagrindinės sąvokos ir formulės

Lentelės tęsinys

Lentelės pabaiga

23.6. Užduotys

1. Kodėl vandenyje šviečia oro burbuliukai?

Atsakymas: dėl šviesos atspindžio vandens ir oro sąsajoje.

2. Kodėl plonasienėje vandens stiklinėje šaukštas atrodo išsiplėtęs?

Atsakymas: Vanduo stiklinėje veikia kaip cilindrinis susiliejantis lęšis. Matome įsivaizduojamą padidintą vaizdą.

3. Objektyvo optinė galia yra 3 dioptrijos. Koks yra objektyvo židinio nuotolis? Atsakymą išreikškite cm.

Sprendimas

D \u003d 1 / f, f \u003d 1 / D \u003d 1/3 \u003d 0,33 m. Atsakymas: f = 33 cm.

4. Dviejų lęšių židinio nuotoliai yra atitinkamai vienodi: f = +40 cm, f 2 = -40 cm Raskite jų optines galias.

6. Kaip galite nustatyti susiliejančio objektyvo židinio nuotolį giedru oru?

Sprendimas

Atstumas nuo Saulės iki Žemės yra toks didelis, kad visi ant objektyvo krintantys spinduliai yra lygiagrečiai vienas kitam. Jei ekrane gausite Saulės vaizdą, atstumas nuo objektyvo iki ekrano bus lygus židinio nuotoliui.

7. Objektyvui, kurio židinio nuotolis yra 20 cm, raskite atstumus iki objekto, kuriam esant tikrojo vaizdo linijinis dydis bus: a) dvigubai didesnis už objekto dydį; b) lygus objekto dydžiui; c) pusė objekto dydžio.

8. Normalaus regėjimo žmogaus lęšio optinė galia yra 25 dioptrijos. Lūžio rodiklis 1.4. Apskaičiuokite lęšio kreivio spindulį, jei žinoma, kad vienas kreivio spindulys yra du kartus didesnis už kitą.