Ümumi daxili əksi müşahidə olunur. Həndəsi optika

Həndəsi və dalğa optikası. Bu yanaşmalardan istifadə şərtləri (dalğa uzunluğu və obyekt ölçüsü arasında əlaqə əsasında). Dalğa koherensiyası. Məkan və zaman uyğunluğu anlayışı. Stimullaşdırılmış emissiya. Lazer şüalanmasının xüsusiyyətləri. Lazerin quruluşu və iş prinsipi.

İşığın dalğa hadisəsi olduğuna görə müdaxilə baş verir ki, bunun da nəticəsində məhduddur işıq şüası hər hansı bir istiqamətdə yayılmır, lakin sonlu bucaq paylanmasına malikdir, yəni difraksiya baş verir. Bununla belə, işıq şüalarının xarakterik eninə ölçülərinin dalğa uzunluğu ilə müqayisədə kifayət qədər böyük olduğu hallarda, işıq şüasının divergensiyasını nəzərə almayaq və onun bir istiqamətdə yayıldığını fərz edə bilərik: işıq şüası boyunca.

Dalğa optikası işığın dalğa xarakterini nəzərə alaraq yayılmasını təsvir edən optikanın bir qoludur. Dalğa optikası hadisələri - müdaxilə, difraksiya, qütbləşmə və s.

Dalğa müdaxiləsi kosmosda eyni vaxtda yayılan iki və ya daha çox koherent dalğanın amplitüdünün qarşılıqlı güclənməsi və ya zəifləməsidir.

Dalğa difraksiyası dalğanın yayılması zamanı həndəsi optika qanunlarından kənara çıxma kimi özünü göstərən hadisədir.

Qütbləşmə - əsasən kosmosda hər hansı cisimlərin ayrılması ilə əlaqəli proseslər və vəziyyətlər.

Fizikada ahəngdarlıq bir neçə salınım və ya dalğa prosesinin zamanla əlaqəsi (ardıcıllığı), əlavə olunduqda özünü göstərir. Əgər rəqslərin faza fərqi zamanla sabit olarsa və rəqsləri toplayanda eyni tezlikdə rəqs alınırsa, rəqslər koherentdir.

Əgər iki rəqs arasındakı faza fərqi çox yavaş dəyişirsə, onda rəqslərin bir müddət koherent qaldığı deyilir. Bu vaxt koherens vaxtı adlanır.

Məkan koherentliyi dalğanın yayılma istiqamətinə perpendikulyar olan müstəvinin müxtəlif nöqtələrində eyni vaxtda baş verən rəqslərin uyğunluğudur.

Stimullaşdırılmış emissiya – induksiya edən fotonun təsiri altında kvant sisteminin (atom, molekul, nüvə və s.) həyəcanlı vəziyyətdən sabit vəziyyətə (aşağı enerji səviyyəsinə) keçidi zamanı yeni fotonun yaranmasıdır. enerji səviyyələrindəki fərqə bərabər idi. Yaradılan foton induksiya edən fotonla eyni enerji, impuls, faza və qütbləşməyə malikdir (bu, udulmur).


Lazer şüalanması davamlı, sabit güclə və ya impulslu ola bilər, son dərəcə yüksək zirvə güclərinə çatır. Bəzi sxemlərdə lazer işçi elementi başqa bir mənbədən şüalanma üçün optik gücləndirici kimi istifadə olunur.

Lazer əməliyyatının fiziki əsası məcburi (induksiya edilmiş) şüalanma hadisəsidir. Bu fenomenin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, həyəcanlanmış bir atom başqa bir fotonun təsiri altında udulmadan bir foton buraxa bilər, əgər sonuncunun enerjisi atomun enerjisindən əvvəl və sonra atomun səviyyələrinin enerjilərindəki fərqə bərabərdirsə. radiasiya. Bu halda, yayılan foton radiasiyaya səbəb olan fotonla uyğundur (bu, onun “dəqiq surətidir”). Bu şəkildə işıq gücləndirilir. Bu fenomen, yayılan fotonların təsadüfi yayılma istiqamətlərinə, qütbləşməyə və fazaya malik olduğu kortəbii şüalanmadan fərqlənir.

Bütün lazerlər üç əsas hissədən ibarətdir:

aktiv (iş) mühiti;

nasos sistemləri (enerji mənbəyi);

optik rezonator (lazer gücləndirici rejimdə işləyirsə, olmaya bilər).

Onların hər biri lazerin özünəməxsus funksiyalarını yerinə yetirməsini təmin edir.

Həndəsi optika. Tam daxili əksetmə fenomeni. Ümumi əks etdirmənin məhdudlaşdırıcı bucağı. Şüaların gedişi. Fiber optika.

Həndəsi optika optikanın şəffaf mühitlərdə işığın yayılma qanunlarını və dalğa xassələrini nəzərə almadan işığın optik sistemlərdən keçməsi zamanı təsvirlərin qurulması prinsiplərini öyrənən bir bölməsidir.

Ümumi daxili əks, düşmə bucağı müəyyən bir kritik bucağı keçmək şərtilə daxili əksdir. Bu vəziyyətdə, hadisə dalğası tamamilə əks olunur və əksetmə əmsalının dəyəri cilalanmış səthlər üçün ən yüksək dəyərləri aşır. Ümumi daxili əksin əks olunması dalğa uzunluğundan asılı deyil.

Ümumi daxili əksin məhdudlaşdırıcı bucağı

Sınıq şüanın optik cəhətdən daha sıx bir mühitə keçmədən iki mühit arasındakı interfeys boyunca sürüşməyə başladığı düşmə bucağı

Şüaların yolu güzgülərdə, prizmalarda və linzalarda

Bir nöqtə mənbəyindən gələn işıq şüaları bütün istiqamətlərdə yayılır. Optik sistemlərdə, geriyə əyilərək və media arasındakı interfeyslərdən əks olunaraq, şüaların bəziləri müəyyən bir nöqtədə yenidən kəsişə bilər. Nöqtə nöqtə şəkli adlanır. Şüa güzgülərdən əks olunduqda qanun yerinə yetirilir: “əks olunan şüa həmişə düşən şüa ilə eyni müstəvidə yatır və düşmə nöqtəsindən keçən təsir səthinin normalı və düşmə bucağı ondan çıxarılır. bu normal təsir bucağına bərabərdir”.

Fiber optik - bu termin deməkdir

optik liflərdə yaranan və baş verən fiziki hadisələri öyrənən optikanın bir qolu və ya

optik liflərə əsaslanan komponentləri ehtiva edən dəqiq mühəndislik sənayesinin məhsulları.

Fiber optik cihazlara lazerlər, gücləndiricilər, multipleksorlar, demultipleksatorlar və bir sıra başqaları daxildir. Fiber-optik komponentlərə izolyatorlar, güzgülər, birləşdiricilər, ayırıcılar və s. daxildir. Fiber-optik cihazın əsasını onun optik sxemi - müəyyən bir ardıcıllıqla birləşdirilmiş fiber-optik komponentlər dəsti təşkil edir. Optik sxemlər qapalı və ya açıq, əks əlaqə ilə və ya əks əlaqə olmadan ola bilər.

İşığın müəyyən bir düşmə bucağında $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$ adlanır. limit bucağı, sınma bucağı $\frac(\pi )(2),\ $-a bərabərdir, bu halda sınmış şüa media arasındakı interfeys boyunca sürüşür, buna görə də sınmış şüa yoxdur. Onda refraksiya qanunundan yaza bilərik:

Şəkil 1.

Tam əks olunma vəziyyətində tənlik belədir:

qırılma bucağının real qiymətləri ($(\alpha)_(pr)$) bölgəsində həlli yoxdur. Bu halda $cos((\alpha )_(pr))$ sırf xəyali kəmiyyətdir. Fresnel düsturlarına müraciət etsək, onları formada təqdim etmək rahatdır:

düşmə bucağı $\alpha $ ilə işarələndiyi yerdə (qısalıq üçün), $n$ işığın yayıldığı mühitin sınma əmsalıdır.

Fresnel düsturlarından aydın olur ki, $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right modulları |=\ left|E_(otr//)\right|$, bu əksin "dolu" olduğunu bildirir.

Qeyd 1

Qeyd etmək lazımdır ki, qeyri-homogen dalğa ikinci mühitdə yox olmur. Deməli, əgər $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ Saxlanma qanununun pozulması müəyyən bir vəziyyətdə enerjinin №. Fresnel düsturları monoxromatik sahə, yəni sabit vəziyyət prosesi üçün etibarlı olduğundan. Bu halda enerjinin saxlanması qanunu tələb edir ki, ikinci mühitdə dövr ərzində enerjinin orta dəyişməsi sıfıra bərabər olsun. Dalğa və enerjinin müvafiq hissəsi interfeysdən ikinci mühitə dalğa uzunluğunun kiçik bir dərinliyinə nüfuz edir və orada dalğanın faza sürətindən az olan faza sürəti ilə interfeysə paralel olaraq hərəkət edir. ikinci orta. O, giriş nöqtəsinə nisbətən ofset olan bir nöqtədə birinci mühitə qayıdır.

Dalğanın ikinci mühitə nüfuz etməsi eksperimental olaraq müşahidə edilə bilər. İkinci mühitdə işıq dalğasının intensivliyi yalnız dalğa uzunluğundan daha qısa məsafələrdə nəzərə çarpır. İşıq dalğasının düşdüyü və tam əks olunduğu interfeysin yaxınlığında, ikinci mühitdə flüoresan maddə varsa, ikinci mühitin tərəfində nazik təbəqənin parıltısı görünə bilər.

Tam əks olunma, yerin səthi isti olduqda ilğımların baş verməsinə səbəb olur. Beləliklə, buludlardan gələn işığın tam əks olunması qızdırılan asfaltın səthində gölməçələrin olması təəssüratı yaradır.

Adi düşünmə şəraitində $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ və $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ münasibətləri həmişə realdır. . Tam əks olunduqda onlar mürəkkəbdirlər. Bu o deməkdir ki, bu halda dalğanın fazası sıfırdan və ya $\pi $-dan fərqli olduğu halda sıçrayış keçir. Dalğa düşmə müstəvisinə perpendikulyar qütbləşirsə, onda yaza bilərik:

burada $(\delta )_(\bot )$ istədiyiniz faza sıçrayışıdır. Həqiqi və xəyali hissələri bərabərləşdirək, bizdə:

(5) ifadələrindən əldə edirik:

Müvafiq olaraq, düşmə müstəvisində qütbləşmiş dalğa üçün aşağıdakıları əldə etmək olar:

Faza atlamaları $(\delta )_(//)$ və $(\delta )_(\bot )$ eyni deyil. Yansıtılan dalğa elliptik qütbləşəcək.

Total Reflection tətbiqi

Tutaq ki, iki eyni mühit nazik hava boşluğu ilə ayrılır. İşıq dalğası onun üzərinə məhdudlaşdırıcıdan daha böyük bir açı ilə düşür. Ola bilər ki, o, qeyri-bərabər dalğa kimi hava boşluğuna nüfuz edir. Boşluğun qalınlığı kiçikdirsə, bu dalğa maddənin ikinci sərhədinə çatacaq və çox zəifləməyəcəkdir. Hava boşluğundan maddəyə keçdikdən sonra dalğa yenidən homojenə çevriləcəkdir. Belə bir təcrübə Nyuton tərəfindən aparılmışdır. Alim düzbucaqlı prizmanın hipotenuz üzünə sferik şəkildə üyüdülmüş başqa bir prizmanı sıxdı. Bu zaman işıq ikinci prizmaya təkcə onların toxunduqları yerdən deyil, həm də təmas ətrafında kiçik bir halqada, boşluğun qalınlığının dalğa uzunluğu ilə müqayisə oluna biləcəyi yerdə keçdi. Müşahidələr ağ işıqda aparılıbsa, halqanın kənarı qırmızı rəngə sahib idi. Bu, belə olmalıdır, çünki nüfuz dərinliyi dalğa uzunluğuna mütənasibdir (qırmızı şüalar üçün mavi olanlardan daha böyükdür). Boşluğun qalınlığını dəyişdirərək, ötürülən işığın intensivliyini dəyişə bilərsiniz. Bu fenomen Zeiss tərəfindən patentləşdirilmiş yüngül telefonun əsasını təşkil etdi. Bu cihazda medialardan biri şəffaf membrandır və üzərinə düşən səsin təsiri altında titrəyir. Hava boşluğundan keçən işıq səs intensivliyindəki dəyişikliklərlə zamanla intensivliyi dəyişir. Fotoselə dəydikdə, səs intensivliyindəki dəyişikliklərə uyğun olaraq dəyişən alternativ cərəyan yaradır. Yaranan cərəyan gücləndirilir və daha da istifadə olunur.

Dalğanın nazik boşluqlardan keçməsi hadisələri optikaya xas deyil. Boşluqdakı faza sürəti mühitdəki faza sürətindən yüksək olduqda bu, hər hansı bir təbiət dalğası üçün mümkündür. Bu hadisə nüvə və atom fizikasında böyük əhəmiyyət kəsb edir.

İşığın yayılma istiqamətini dəyişdirmək üçün ümumi daxili əksetmə fenomenindən istifadə olunur. Bu məqsədlə prizmalardan istifadə olunur.

Misal 1

Məşq: Tez-tez baş verən tam əksetmə hadisəsinə misal göstərin.

Həll:

Aşağıdakı nümunəni verə bilərik. Magistral yol çox isti olarsa, o zaman asfalt səthinin yaxınlığında havanın temperaturu maksimum olur və yoldan uzaqlaşdıqca azalır. Bu o deməkdir ki, havanın sınma indeksi səthdə minimaldır və məsafə artdıqca artır. Bunun nəticəsində magistral yolun səthinə nisbətən kiçik bucaqlı şüalar tamamilə əks olunur. Diqqətinizi cəmləsəniz, avtomobildə sürərkən, şose səthinin uyğun hissəsində, xeyli irəlidə tərs hərəkət edən bir avtomobil görə bilərsiniz.

Misal 2

Məşq: Kristalın səthinə düşən işıq şüasının hava-kristal interfeysində verilmiş şüa üçün tam əks etdirmənin məhdudlaşdırıcı bucağı 400 olarsa, Brewster bucağı nə qədərdir?

Həll:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\sol(2.2\sağ).\]

(2.1) ifadəsindən əldə edirik:

(2.3) ifadəsinin sağ tərəfini (2.2) düsturu ilə əvəz edək və istədiyiniz bucağı ifadə edək:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\sağ)\ ))\sağ).\]

Hesablamaları aparaq:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \sağ)\ ))\sağ)\təqribən 57()^\circ .\]

Cavab:$(\alfa )_b=57()^\circ .$

Əvvəlcə bir az təsəvvür edək. Təsəvvür edin ki, eramızdan əvvəl isti bir yay günü, ibtidai insan balıq ovlamaq üçün nizədən istifadə edir. Onun mövqeyini görür, nişan alır və nədənsə balığın heç görünmədiyi yerə vurur. Buraxıldı? Yox, balıqçının əlində ov var! İş ondadır ki, əcdadımız indi öyrənəcəyimiz mövzunu intuitiv şəkildə başa düşüb. Gündəlik həyatda görürük ki, bir stəkan suya endirilən qaşıq əyri görünür, şüşə qabdan baxanda isə əşyalar əyri görünür. Mövzu: “İşığın sınması. İşığın sınması qanunu. Tamamilə daxili əks."

Əvvəlki dərslərdə iki halda şüanın taleyi haqqında danışdıq: işıq şüası şəffaf homojen mühitdə yayılarsa nə baş verir? Düzgün cavab odur ki, düz bir xəttlə yayılacaq. İki media arasındakı interfeysə işıq şüası düşəndə ​​nə baş verir? Keçən dərsdə əks olunan şüa haqqında danışdıq, bu gün işıq şüasının mühit tərəfindən udulan hissəsinə baxacağıq.

Birinci optik şəffaf mühitdən ikinci optik şəffaf mühitə keçən şüanın taleyi necə olacaq?

düyü. 1. İşığın sınması

Əgər iki şəffaf mühitin interfeysinə şüa düşürsə, o zaman işıq enerjisinin bir hissəsi əks olunan şüa yaradaraq birinci mühitə qayıdır, digər hissəsi isə ikinci mühitə daxilə keçir və bir qayda olaraq öz istiqamətini dəyişir.

İşığın iki mühit arasındakı interfeysdən keçdiyi zaman yayılma istiqamətinin dəyişməsi deyilir işığın sınması(şək. 1).

düyü. 2. Düşmə, qırılma və əks olunma bucaqları

Şəkil 2-də bir hadisə şüasını görürük, düşmə bucağı α ilə işarələnəcəkdir. Sınılan işıq şüasının istiqamətini təyin edəcək şüaya sınmış şüa deyilir. Düşmə nöqtəsindən yenidən qurulmuş interfeysə perpendikulyar və sınmış şüa arasındakı bucaq sınma bucağı adlanır; şəkildə bu γ bucağıdır. Şəkili tamamlamaq üçün əks olunan şüanın şəklini və müvafiq olaraq əks bucağı β verəcəyik. Gəlmə bucağı ilə sınma bucağı arasında hansı əlaqə var?Şüanın düşmə bucağını və hansı mühitə keçdiyini bilməklə, sınma bucağının necə olacağını proqnozlaşdırmaq olarmı? Belə çıxır ki, bu mümkündür!

Gəlmə bucağı ilə sınma bucağı arasındakı əlaqəni kəmiyyətcə təsvir edən qanun alırıq. Dalğaların mühitdə yayılmasını tənzimləyən Huygens prinsipindən istifadə edək. Qanun iki hissədən ibarətdir.

Gələn şüa, sınmış şüa və düşmə nöqtəsinə bərpa olunan perpendikulyar eyni müstəvidə yerləşir..

Düşmə bucağının sinusunun sınma bucağının sinusuna nisbəti verilmiş iki mühit üçün sabit qiymətdir və bu mühitlərdə işığın sürətlərinin nisbətinə bərabərdir.

Bu qanunu ilk tərtib edən holland alimin şərəfinə Snell qanunu adlanır. Kırılmanın səbəbi müxtəlif mühitlərdə işığın sürətindəki fərqdir. İki mühit arasındakı interfeysə müxtəlif bucaqlarda olan işıq şüasını eksperimental olaraq yönəltməklə və düşmə və sınma bucaqlarını ölçməklə sınma qanununun etibarlılığını yoxlaya bilərsiniz. Bu bucaqları dəyişdirsək, sinuslarını ölçüb bu bucaqların sinuslarının nisbətini tapsaq, sınma qanununun həqiqətən də etibarlı olduğuna əmin olarıq.

Huygens prinsipindən istifadə edərək sınma qanununun sübutu işığın dalğa təbiətinin başqa bir təsdiqidir.

Nisbi sındırma əmsalı n 21 birinci mühitdə işığın V 1 sürətinin ikinci mühitdəki işığın V 2 sürətindən neçə dəfə fərqləndiyini göstərir.

Nisbi sındırma əmsalı işığın bir mühitdən digərinə keçərkən istiqaməti dəyişməsinin səbəbinin iki mühitdə işığın fərqli sürəti olduğunun əyani sübutudur. “Mühitin optik sıxlığı” anlayışı çox vaxt mühitin optik xüsusiyyətlərini xarakterizə etmək üçün istifadə olunur (şək. 3).

düyü. 3. Mühitin optik sıxlığı (α > γ)

Əgər şüa daha yüksək işıq sürətinə malik mühitdən işıq sürəti daha az olan mühitə keçirsə, o zaman Şəkil 3-dən və işığın sınma qanunundan göründüyü kimi, perpendikulyar, yəni perpendikulyar tərəfə sıxılacaq. , qırılma bucağı düşmə bucağından kiçikdir. Bu halda şüanın daha az sıx optik mühitdən daha sıx optik mühitə keçdiyi deyilir. Məsələn: havadan suya; sudan şüşəyə qədər.

Əks vəziyyət də mümkündür: birinci mühitdə işığın sürəti ikinci mühitdəki işığın sürətindən azdır (şək. 4).

düyü. 4. Mühitin optik sıxlığı (α< γ)

Onda sınma bucağı düşmə bucağından böyük olacaq və belə bir keçidin optik cəhətdən daha sıx olan mühitdən optik sıxlığı daha az olan mühitə (şüşədən suya) keçdiyi deyilir.

İki medianın optik sıxlığı olduqca əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilər, beləliklə, fotoşəkildə göstərilən vəziyyət mümkün olur (Şəkil 5):

düyü. 5. Medianın optik sıxlığında fərqlər

Daha yüksək optik sıxlığı olan bir mühitdə maye içərisində başın bədənə nisbətən necə yerdəyişməsinə diqqət yetirin.

Bununla belə, nisbi sındırma indeksi həmişə işləmək üçün əlverişli bir xüsusiyyət deyil, çünki bu, birinci və ikinci mühitdə işığın sürətindən asılıdır, lakin iki mühitin (su - hava, şüşə - almaz, qliserin - spirt, şüşə - su və s.). Cədvəllər çox çətin olardı, işləmək əlverişsiz olardı və sonra digər mühitlərdə işığın sürətinin müqayisə edildiyi bir mütləq mühit təqdim etdilər. Vakuum mütləq olaraq seçildi və işığın sürəti vakuumdakı işığın sürəti ilə müqayisə edildi.

Mühitin mütləq sınma əmsalı n- bu, mühitin optik sıxlığını xarakterizə edən və işıq sürətinin nisbətinə bərabər olan kəmiyyətdir. İLƏ vakuumda müəyyən bir mühitdə işıq sürətinə qədər.

Mütləq sındırma göstəricisi iş üçün daha əlverişlidir, çünki biz həmişə vakuumda işığın sürətini bilirik, o, 3·10 8 m/s-ə bərabərdir və universal fiziki sabitdir.

Mütləq sınma əmsalı xarici parametrlərdən asılıdır: temperatur, sıxlıq, həmçinin işığın dalğa uzunluğu, buna görə də cədvəllər adətən verilmiş dalğa uzunluğu diapazonu üçün orta refraktiv indeksi göstərir. Havanın, suyun və şüşənin sındırma göstəricilərini müqayisə etsək (şək. 6), görərik ki, hava birliyə yaxın sınma əmsalı var, ona görə də məsələləri həll edərkən onu vahid kimi qəbul edəcəyik.

düyü. 6. Müxtəlif mühitlər üçün mütləq sındırma göstəriciləri cədvəli

Medianın mütləq və nisbi qırılma əmsalı arasında əlaqəni əldə etmək çətin deyil.

Nisbi sındırma əmsalı, yəni birinci mühitdən ikinci mühitə keçən şüa üçün ikinci mühitdəki mütləq sındırma əmsalının birinci mühitdəki mütləq sınma əmsalı nisbətinə bərabərdir.

Misal üçün: = ≈ 1,16

Əgər iki mühitin mütləq sınma göstəriciləri demək olar ki, eynidirsə, bu o deməkdir ki, bir mühitdən digərinə keçərkən nisbi sındırma göstəricisi birliyə bərabər olacaq, yəni işıq şüası əslində sınmayacaq. Məsələn, anis yağından beril qiymətli daşına keçərkən, işıq praktiki olaraq əyilməyəcək, yəni anis yağından keçərkən olduğu kimi davranacaq, çünki onların sınma indeksi müvafiq olaraq 1,56 və 1,57-dir, buna görə də qiymətli daş ola bilər. sanki mayenin içində gizlənib, sadəcə olaraq görünməyəcək.

Şəffaf stəkana su töküb stəkanın divarından işığa baxsaq, indi danışılacaq tam daxili əksetmə fenomeninə görə səthdə gümüşü bir parıltı görəcəyik. İşıq şüası daha sıx optik mühitdən daha az sıx optik mühitə keçdikdə maraqlı effekt müşahidə oluna bilər. Dəqiqlik üçün işığın sudan havaya gəldiyini fərz edəcəyik. Tutaq ki, anbarın dərinliklərində bütün istiqamətlərdə şüalar yayan S nöqtəli işıq mənbəyi var. Məsələn, bir dalğıc fənəri işıqlandırır.

SO 1 şüası suyun səthinə ən kiçik bucaq altında düşür, bu şüa qismən sınır - O 1 A 1 şüası və qismən yenidən suya əks olunur - O 1 B 1 şüası. Beləliklə, düşən şüanın enerjisinin bir hissəsi sınmış şüaya, qalan enerji isə əks olunan şüaya keçir.

düyü. 7. Ümumi daxili əks

Düşmə bucağı daha böyük olan SO 2 şüası da iki şüaya bölünür: sınmış və əks olunan, lakin orijinal şüanın enerjisi onlar arasında fərqli şəkildə paylanır: sınmış şüa O 2 A 2 O 1 şüasından daha tutqun olacaq. 1 şüa, yəni daha az enerji payı alacaq və əks olunan şüa O 2 B 2 müvafiq olaraq O 1 B 1 şüasından daha parlaq olacaq, yəni daha çox enerji payı alacaq. Düşmə bucağı artdıqca, eyni nümunə müşahidə olunur - düşən şüanın enerjisinin getdikcə daha böyük bir hissəsi əks olunan şüaya və daha kiçik və daha kiçik bir hissəsi sınmış şüaya keçir. Sınılan şüa daha tutqun və sönük olur və müəyyən bir nöqtədə tamamilə yox olur; bu itmə 90 0 sınma bucağına uyğun gələn düşmə bucağına çatdıqda baş verir. Bu vəziyyətdə, sınmış OA şüası suyun səthinə paralel getməli idi, lakin getməyə heç nə qalmamışdı - SO şüasının bütün enerjisi tamamilə əks olunan OB şüasına getdi. Təbii ki, düşmə bucağının daha da artması ilə qırılan şüa olmayacaq. Təsvir edilən hadisə ümumi daxili əksdir, yəni nəzərdən keçirilən bucaqlarda daha sıx bir optik mühit özündən şüalar yaymır, hamısı onun içərisində əks olunur. Bu hadisənin baş verdiyi bucaq deyilir ümumi daxili əksin məhdudlaşdırıcı bucağı.

Məhdud bucağın qiyməti qırılma qanunundan asanlıqla tapıla bilər:

= => = arcsin, su üçün ≈ 49 0

Ümumi daxili əksetmə fenomeninin ən maraqlı və populyar tətbiqi sözdə dalğa ötürücüləri və ya fiber optiklərdir. Müasir telekommunikasiya şirkətləri tərəfindən İnternetdə istifadə olunan siqnalların göndərilməsi məhz bu üsuldur.

Biz işığın sınma qanununu əldə etdik, yeni bir anlayış - nisbi və mütləq sındırma göstəricilərini təqdim etdik, həmçinin tam daxili əksetmə fenomenini və onun fiber optika kimi tətbiqlərini başa düşdük. Dərs bölməsində müvafiq testləri və simulyatorları təhlil edərək biliklərinizi möhkəmləndirə bilərsiniz.

Huygens prinsipindən istifadə edərək işığın sınması qanununun sübutunu əldə edək. Kırılmanın səbəbinin iki fərqli mühitdə işığın sürətindəki fərq olduğunu başa düşmək vacibdir. Birinci mühitdə işığın sürətini V 1, ikinci mühitdə isə V 2 kimi işarə edək (şək. 8).

düyü. 8. İşığın sınması qanununun sübutu

Bir təyyarə işıq dalğası iki mühit arasındakı düz bir interfeysə düşsün, məsələn, havadan suya. AS dalğa səthi şüalara perpendikulyardır və MN mühiti arasındakı interfeysə əvvəlcə şüa çatır və şüa ∆t zaman intervalından sonra eyni səthə çatır ki, bu da sürətə bölünən SW yoluna bərabər olacaq. birinci mühitdə işıq.

Buna görə də, B nöqtəsindəki ikincili dalğa yenicə həyəcanlanmağa başladığı anda, A nöqtəsindən gələn dalğa artıq AD radiuslu yarımkürə formasına malikdir, bu da ikinci mühitdəki işığın ∆ sürətinə bərabərdir. t: AD = ·∆t, yəni vizual hərəkətdə Huygens prinsipi . Kırılmış dalğanın dalğa səthini ikinci mühitdəki bütün ikinci dərəcəli dalğalara toxunan bir səth çəkməklə əldə etmək olar, mərkəzləri media arasındakı interfeysdə yerləşir, bu halda bu, BD müstəvisidir, zərfdir. ikincili dalğalar. Şüanın düşmə bucağı α ABC üçbucağında CAB bucağına bərabərdir, bu bucaqlardan birinin tərəfləri digərinin tərəflərinə perpendikulyardır. Beləliklə, SV birinci mühitdəki işığın sürətinə ∆t bərabər olacaqdır

CB = ∆t = AB sin α

Öz növbəsində, qırılma bucağı ABD üçbucağında ABD bucağına bərabər olacaq, buna görə də:

АД = ∆t = АВ sin γ

İfadələri terminə bölmək, əldə edirik:

n düşmə bucağından asılı olmayan sabit qiymətdir.

İşığın sınması qanununu əldə etdik, düşmə bucağının sınma bucağının sinusuna bu iki mühit üçün sabit qiymətdir və verilmiş iki mühitdə işığın sürətlərinin nisbətinə bərabərdir.

Qeyri-şəffaf divarları olan kubik qab elə yerləşdirilib ki, müşahidəçinin gözü onun dibini görməsin, CD qabının divarını tamamilə görsün. Müşahidəçinin D bucağından b = 10 sm məsafədə yerləşən F cismi görməsi üçün qaba nə qədər su tökmək lazımdır? Gəminin kənarı α = 40 sm (şək. 9).

Bu problemi həll edərkən çox vacib olan nədir? Təsəvvür edin ki, göz qabın dibini deyil, yan divarın ifrat nöqtəsini gördüyündən və qab kub şəklində olduğundan, biz onu tökən zaman şüanın suyun səthinə düşmə bucağı olacaq. 45 0-a bərabərdir.

düyü. 9. Vahid Dövlət İmtahan tapşırığı

Şüa F nöqtəsinə düşür, bu o deməkdir ki, biz obyekti aydın görürük və qara nöqtəli xətt su olmadıqda şüanın kursunu, yəni D nöqtəsini göstərir. NFK üçbucağından bucağın tangensi β, qırılma bucağının tangensi, əks tərəfin bitişik tərəfə nisbəti və ya rəqəmə əsasən h minus b-nin h-ə bölünməsidir.

tg β = = , h - tökdüyümüz mayenin hündürlüyü;

Ümumi daxili əksetmənin ən intensiv fenomeni fiber optik sistemlərdə istifadə olunur.

düyü. 10. Fiber optika

Bir işıq şüası bərk şüşə borunun ucuna yönəldilirsə, çoxlu ümumi daxili əksdən sonra şüa borunun əks tərəfindən çıxacaq. Belə çıxır ki, şüşə boru işıq dalğasının keçiricisi və ya dalğa ötürücüdür. Bu, borunun düz və ya əyri olmasından asılı olmayaraq baş verəcəkdir (Şəkil 10). Birinci işıq bələdçiləri, bu dalğa bələdçilərinin ikinci adıdır, çətin əldə edilən yerləri işıqlandırmaq üçün istifadə edilmişdir (tibbi tədqiqatlar zamanı işıq bələdçisinin bir ucuna işıq verildikdə, digər ucu isə istədiyiniz yeri işıqlandırır). Əsas tətbiqi tibb, mühərriklərin qüsurlarının aşkarlanmasıdır, lakin bu cür dalğa ötürücüləri məlumat ötürmə sistemlərində ən çox istifadə olunur. Bir işıq dalğası ilə siqnal ötürərkən daşıyıcı tezliyi radio siqnalının tezliyindən milyon dəfə yüksəkdir, bu o deməkdir ki, işıq dalğasından istifadə edərək ötürə biləcəyimiz məlumatın miqdarı ötürülən məlumatın miqdarından milyonlarla dəfə çoxdur. radio dalğaları ilə. Bu, zəngin məlumatı sadə və ucuz şəkildə çatdırmaq üçün əla fürsətdir. Tipik olaraq, məlumat lazer radiasiyasından istifadə edərək fiber kabel vasitəsilə ötürülür. Fiber optika böyük miqdarda ötürülən məlumatı ehtiva edən kompüter siqnalının sürətli və keyfiyyətli ötürülməsi üçün əvəzolunmazdır. Və bütün bunların əsasını işığın sınması kimi sadə və adi bir hadisə təşkil edir.

Biblioqrafiya

  1. Tixomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (əsas səviyyə) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dik Yu.I. Fizika 10 sinif. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika - 9, Moskva, Təhsil, 1990.
  1. Edu.glavsprav.ru ().
  2. Nvtc.ee ().
  3. Raal100.narod.ru ().
  4. Optika.ucoz.ru ().

Ev tapşırığı

  1. İşığın sınmasını təyin edin.
  2. İşığın sınmasının səbəbini adlandırın.
  3. Ümumi daxili əks etdirmənin ən məşhur tətbiqlərini adlandırın.

Ümumi daxili əks

Daxili əks- dalğanın daha yüksək qırılma əmsalı olan mühitdən düşməsi şərti ilə iki şəffaf mühitin interfeysindən elektromaqnit dalğalarının əks olunması hadisəsi.

Natamam daxili əks- düşmə bucağının kritik bucaqdan az olması şərti ilə daxili əks. Bu vəziyyətdə şüa sınmış və əks olunanlara bölünür.

Ümumi daxili əks- düşmə bucağı müəyyən kritik bucağı keçmək şərtilə daxili əks. Bu vəziyyətdə, hadisə dalğası tamamilə əks olunur və əksetmə əmsalının dəyəri cilalanmış səthlər üçün ən yüksək dəyərləri aşır. Bundan əlavə, ümumi daxili əksin əks olunması dalğa uzunluğundan asılı deyil.

Bu optik hadisə rentgen diapazonu da daxil olmaqla geniş elektromaqnit şüalanması üçün müşahidə olunur.

Həndəsi optika çərçivəsində hadisənin izahı mənasızdır: Snell qanununa əsaslanaraq və sınma bucağının 90°-dən çox ola bilməyəcəyini nəzərə alaraq, əldə edirik ki, sinusunun nisbətindən böyük olan düşmə bucağında. daha kiçik sındırma indeksi böyük əmsala, elektromaqnit dalğası birinci mühitə tamamilə əks olunmalıdır.

Bu fenomenin dalğa nəzəriyyəsinə uyğun olaraq, elektromaqnit dalğası hələ də ikinci mühitə nüfuz edir - orada eksponent olaraq parçalanan və özü ilə enerji daşımayan "qeyri-vahid dalğa" yayılır. Qeyri-homogen dalğanın ikinci mühitə daxil olmasının xarakterik dərinliyi dalğa uzunluğuna uyğundur.

İşığın tam daxili əks olunması

İki mühitin interfeysinə düşən iki monoxromatik şüa nümunəsindən istifadə edərək daxili əksi nəzərdən keçirək. Şüalar daha sıx bir mühitin zonasından (tünd mavi rəngdə göstərilmişdir) sınma indeksi ilə daha az sıx mühitin (açıq mavi rənglə göstərilmişdir) sərhədinə düşür.

Qırmızı şüa bucaq altında düşür , yəni medianın sərhəddində o, bifurkasiya edir - qismən qırılır və qismən əks olunur. Şüanın bir hissəsi bucaq altında qırılır.

Yaşıl şüa düşür və tamamilə əks olunur src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Təbiətdə və texnologiyada tam daxili əks

X-şüalarının əks olunması

Otlaq zamanı rentgen şüalarının sınması ilk dəfə rentgen güzgüsünü hazırlayan M. A. Kumaxov tərəfindən tərtib edilmiş və 1923-cü ildə Artur Kompton tərəfindən nəzəri cəhətdən əsaslandırılmışdır.

Digər dalğa hadisələri

Kırılmanın nümayişi və buna görə də ümumi daxili əksin təsiri, məsələn, müxtəlif özlülük və ya sıxlıq zonaları arasında keçid zamanı mayenin səthində və qalınlığında səs dalğaları üçün mümkündür.

Yavaş neytronların şüaları üçün elektromaqnit şüalanmasının tam daxili əks təsirinə bənzər hadisələr müşahidə olunur.

Əgər Brewster bucağında interfeysə şaquli qütbləşmiş dalğa düşərsə, o zaman tam sınma effekti müşahidə olunacaq - əks olunan dalğa olmayacaq.

Qeydlər

Wikimedia Fondu. 2010.

  • Tam nəfəs
  • Tam dəyişiklik

Digər lüğətlərdə "Total daxili əksetmə" nin nə olduğuna baxın:

    ÜMUMİ DAXİLİ REFEKSİYA- əks el. mag. radiasiya (xüsusən də işıq), yüksək sındırma indeksi olan bir mühitdən iki şəffaf mühit arasındakı interfeysə düşdükdə. P.v. O. düşmə bucağı i müəyyən məhdudlaşdırıcı (kritik) bucağı keçdikdə baş verir... Fiziki ensiklopediya

    Ümumi daxili əks- Ümumi daxili əks. İşıq n1 > n2 olan mühitdən keçdikdə, düşmə bucağı a2 > apr olduqda ümumi daxili əksetmə baş verir; enmə bucağında a1 Şəkilli Ensiklopedik Lüğət

    Ümumi daxili əks- optik şüalanmanın (bax: Optik şüalanma) (işıq) və ya başqa diapazonun elektromaqnit şüalanmasının (məsələn, radio dalğaları) yüksək sındırma indeksi olan bir mühitdən iki şəffaf mühitin interfeysinə düşdüyü zaman əks olunması... ... Böyük Sovet Ensiklopediyası

    ÜMUMİ DAXİLİ REFEKSİYA- elektromaqnit dalğaları, sinapr=n2/n1 nisbəti ilə təyin olunan apr məhdudlaşdırıcı bucağını aşan a düşmə bucağında böyük sındırma əmsalı n1 olan mühitdən aşağı sınma əmsallı n2 olan mühitə keçdikdə baş verir. Tam...... Müasir ensiklopediya

    ÜMUMİ DAXİLİ REFEKSİYA- TAM DAXİLİ REFEKSİYA, sərhəddə işığın REFRAKSİYASI olmadan ƏSAS. İşıq daha sıx mühitdən (məsələn, şüşə) daha az sıx mühitə (su və ya hava) keçdikdə işığın sərhəddən keçmədiyi bir qırılma bucaqları zonası var... Elmi-texniki ensiklopedik lüğət

    ümumi daxili əks- Optik cəhətdən daha az sıx olan bir mühitdən işığın düşdüyü mühitə tam qayıtması ilə əks olunması. [Tövsiyə olunan şərtlər toplusu. Məsələ 79. Fiziki optika. SSRİ Elmlər Akademiyası. Elmi və Texniki Terminologiya Komitəsi. 1970] Mövzular…… Texniki Tərcüməçi Bələdçisi

    ÜMUMİ DAXİLİ REFEKSİYA- elektromaqnit dalğaları 2 mühitin interfeysinə maili şəkildə düşdükdə, radiasiya böyük sınma indeksi n1 olan mühitdən n2 daha aşağı sınma indeksi olan mühitə keçdikdə və düşmə bucağı i məhdudlaşdırıcı bucaqdan çox olduqda baş verir. ... ... Böyük ensiklopedik lüğət

    ümumi daxili əks- elektromaqnit dalğaları, radiasiya böyük sındırma indeksi n1 olan bir mühitdən n2 daha aşağı sınma indeksi olan bir mühitə keçdikdə və düşmə bucağı i ipr məhdudlaşdırıcı bucağını aşdıqda, 2 mühit arasındakı interfeysdə əyilmə ilə baş verir. . ensiklopedik lüğət

    Şəkil üzərində Ahava-pleksiglas interfeysindən keçən və pleksiglas ilə hava arasındakı iki sərhəddən keçərkən heç bir əyilmə keçirmədən Pleksiqlas plitəsindən çıxan normal bir şüa göstərir.Şəkil üzərində b normal olaraq əyilmə olmadan yarımdairəvi lövhəyə daxil olan, lakin pleksiglas lövhənin içərisində O nöqtəsində normal ilə y bucağı yaradan işıq şüasını göstərir. Şüa daha sıx mühiti (pleksiglas) tərk etdikdə onun daha az sıx mühitdə (havada) yayılma sürəti artır. Buna görə də, y-dən böyük olan havadakı normala nisbətən x bucağı yaradaraq sınır.

    n = sin (şüanın havadakı normal ilə yaratdığı bucaq) / sin (şüanın mühitdəki normal ilə etdiyi bucaq), pleksiglas n n = sin x/sin y olduğuna əsaslanaraq. Əgər x və y-nin çoxsaylı ölçüləri aparılarsa, pleksiglasın sınma indeksi hər bir dəyər cütü üçün nəticələrin orta hesablanması ilə hesablana bilər. y bucağı işıq mənbəyini mərkəzi O nöqtəsində olan dairənin qövsündə hərəkət etdirməklə artırıla bilər.

    Bunun təsiri şəkildə göstərilən mövqeyə çatana qədər x bucağını artırmaqdır V, yəni x 90 o-a bərabər olana qədər. Aydındır ki, x bucağı daha böyük ola bilməz. Şüanın indi pleksiglasın içərisindəki normal ilə etdiyi bucaq deyilir ilə kritik və ya məhdudlaşdırıcı bucaq(bu, daha az sıx mühitdə sınma bucağı 90° olduqda, daha sıx mühitdən daha az sıx olana qədər olan sərhəddə düşmə bucağıdır).

    Zəif əks olunan şüa adətən plitənin düz kənarı boyunca qırılan parlaq şüa kimi müşahidə olunur. Bu qismən daxili əksin nəticəsidir. Onu da qeyd edək ki, ağ işıq istifadə edildikdə, düz kənar boyunca görünən işıq spektrin rənglərinə parçalanır. Əgər işıq mənbəyi şəkildəki kimi qövs ətrafında daha da irəli çəkilərsə G, belə ki, pleksiglasın içərisindəki I kritik bucaq c-dən böyük olur və iki mühitin sərhədində sınma baş vermir. Bunun əvəzinə şüa normala nisbətən r bucaq altında tam daxili əksi yaşayır, burada r = i.

    Bunu etmək üçün ümumi daxili əks, düşmə bucağı i daha sıx mühitdə (pleksiglas) ölçülməlidir və kritik bucaqdan böyük olmalıdır c. Qeyd edək ki, əksetmə qanunu kritik bucaqdan böyük olan bütün düşmə bucaqları üçün də etibarlıdır.

    Almaz kritik bucaq cəmi 24°38"-dir. Buna görə də, onun "alovlanması" işıqla işıqlandırıldıqda çoxsaylı ümumi daxili əksin baş verməsinin asanlığından asılıdır ki, bu da əsasən bu effekti gücləndirən bacarıqlı kəsmə və cilalamadan asılıdır. Əvvəllər müəyyən edilmişdi. ki, n = 1 /sin c, deməli, c kritik bucağının dəqiq ölçülməsi n-i müəyyən edəcəkdir.

    Tədqiqat 1. Kritik bucağı tapmaqla pleksiglas üçün n-i təyin edin

    Böyük bir ağ kağız parçasının ortasına yarımdairəvi pleksiglas parçası qoyun və onun konturunu diqqətlə çəkin. Lövhənin düz kənarının orta nöqtəsini O tapın. Bir iletki istifadə edərək, O nöqtəsində bu düz kənara perpendikulyar olan normal NO-nu qurun. Plitəni yenidən konturuna qoyun. İşıq mənbəyini qövs ətrafında NO-nun sol tərəfinə aparın, hər zaman düşən şüanı O nöqtəsinə yönəldin. Sınılan şüa şəkildə göstərildiyi kimi düz kənar boyunca getdikdə, gələn şüanın yolunu üç nöqtə ilə qeyd edin. P 1, P 2 və P 3.

    Lövhəni müvəqqəti olaraq çıxarın və bu üç nöqtəni O-dan keçməli olan düz xəttlə birləşdirin. Protraktordan istifadə edərək çəkilmiş şüa ilə normal arasında c kritik bucağı ölçün. Lövhəni yenidən konturuna diqqətlə yerləşdirin və əvvəllər edilənləri təkrarlayın, lakin bu dəfə işıq mənbəyini qövs ətrafında NO-nun sağına apararaq, şüanı davamlı olaraq O nöqtəsinə yönəldin. nəticələr cədvəli və kritik bucağın orta qiymətini təyin edin c. Sonra n n = 1 /sin s düsturundan istifadə edərək pleksiglas üçün n n sınma indeksini təyin edin.

    Tədqiqat 1 üçün aparat, daha sıx mühitdə (pleksiglas) yayılan və pleksiqlas-hava interfeysinə c kritik bucaqdan böyük bucaqlarda düşən işıq şüaları üçün düşmə bucağının i bucağa bərabər olduğunu göstərmək üçün də istifadə edilə bilər. əkslər r.

    Tədqiqat 2. İşığın əks olunması qanununu kritik bucaqdan böyük düşmə bucaqları üçün yoxlayın

    Yarımdairəvi pleksiglas boşqabını böyük bir ağ kağız parçasına qoyun və konturunu diqqətlə çəkin. Birinci halda olduğu kimi, O orta nöqtəsini tapın və normal NO-nu qurun. Plexiglass üçün kritik bucaq c = 42°-dir, buna görə də düşmə bucaqları i > 42° kritik bucaqdan böyükdür. Bir iletki istifadə edərək, normal NO-ya 45°, 50°, 60°, 70° və 80° bucaqlarda şüalar qurun.

    Diqqətlə pleksiglas boşqabını konturuna qaytarın və işıq mənbəyindən gələn işıq şüasını 45° xətti boyunca yönəldin. Şüa O nöqtəsinə gedəcək, əks olunacaq və normalın digər tərəfində lövhənin qövs tərəfində görünəcək. Yansıtılan şüada P 1, P 2 və P 3 üç nöqtəsini qeyd edin. Plitəni müvəqqəti olaraq çıxarın və üç nöqtəni O nöqtəsindən keçməli olan düz bir xətt ilə birləşdirin.

    Protraktordan istifadə edərək, əks olunan şüa ilə əks olunan şüa arasındakı əks r bucağını ölçün, nəticələri cədvəldə qeyd edin. Plitəni ehtiyatla konturuna yerləşdirin və normala 50°, 60°, 70° və 80° bucaqlar üçün təkrarlayın. Nəticələr cədvəlində müvafiq boş yerə r dəyərini qeyd edin. Yansıtma bucağının r-ə qarşı düşmə bucağının i qrafikini çəkin. i bucağının r bucağına bərabər olduğunu göstərmək üçün 45°-dən 80°-dək düşmə bucaqları diapazonunda çəkilmiş düz xətt qrafiki kifayət edəcəkdir.