39. Elementi geometrijske optike. Osnovni zakoni optike. Popoln razmislek.
Optika (iz grško. optike - vizualni) - odsek fizike, ki preučuje naravo in lastnosti svetlobe, procese njenega sevanja in širjenja, interakcijo svetlobe s snovjo. Optika preučuje široko paleto elektromagnetnih valov, ki pokrivajo ultravijolična, vidna in infrardeča področja.
1. 1. Elementi geometrijske optike.
Geometrična optika - To je veja fizike, v kateri je svetlobni žarek predstavljen z ravno črto, vzdolž katere se širi svetlobna energija. Zakoni geometrijske optike se uporabljajo za konstruiranje slik, ko svetloba prehaja skozi optični sistem. To so naslednji zakoni:
1. Zakon pravokotnega širjenja svetlobe predlaga, da se v homogenem prozornem mediju svetloba razmnožuje pravokotno, kar dokazuje prisotnost sence z ostrimi mejami iz neprozornega telesa, osvetljenega z majhnim svetlobnim virom.
2. Zakon neodvisnosti svetlobnih žarkov. V kombinaciji z drugimi se vsak svetlobni žarek obnaša neodvisno od drugih žarkov, tj. načelo superpozicije je resnično.
Če žarek svetlobe pade na mejo dveh prosojnih medijev, je vpadni žarek 1 bifurkiran v odsevan 2 in lomljen 3 (slika 1.1). Koti i, i’ in rse imenujejo koti vpadanja, odboja in loma.
3. Zakon odboja svetlobe. Padajoči svetlobni snop na meji dveh nosilcev, normalni do vpadne točke in odbojni žarek leži v isti ravnini; vpadni kot je enak kotu odseva i = i’ (Slika 1.1).
4. Zakon loma svetlobe. Žarni incident na vmesniku med dvema medijema, lomljenim žarom in normalno obnovljenim na mestu vpadanja leži v isti ravnini; razmerje sinusa vpadnega kota in sinusa kota loma je konstanta za dva dana medija (Snelllov zakon):
kje n 21 je relativni indikator drugega okolja glede na prvo.
n 21 = n 2 /n 1 ,
kje n 2 in n 1 - absolutni indeksi loma drugega in prvega medija.
Absolutni indeks loma snov, imenovana vrednost n, ki je enaka razmerju hitrosti svetlobe v vakuumu in hitrosti svetlobe υ v danem okolju: n= c/ υ
. Naj v prvo okolje n 1 = c/ υ
1 in v drugem n 2 = c/ υ
2 nato 
. Tako je fizični pomen relativnega indeksa loma v tem, da kaže, kolikokrat je hitrost svetlobe v enem mediju večja kot v drugem.
Fenomen popolne notranje refleksije.
V 
material z večjim absolutnim indeksom loma se šteje za optično gostejši. Naj svetlobni žarek prehaja iz optično gostejšega medija v optično manj gost, tj. n 2 < n 1. Iz Snellovega zakona izhaja, da je i< r. Če povečate vpadni kot (slika 1.2), lahko najdete takšen kot i pr, pri katerem je kot loma r postane enako π / 2 (žarki 3-3 '). Takšen kot i pr poklical marginalni. Pod vpadnimi koti i >
i Svetlobni žarek ne prehaja več v drugi medij, ampak se v celoti odseva od vmesnika. Ta pojav se imenuje popoln notranji razmislek. Tako pojav popolne notranje refleksije opazimo šele ob prehodu iz gostejšega v manj gost medij in kdaj i >
i itd. Če na primer žarek prehaja iz stekla ( n 1 \u003d 1,5) v zrak ( n 2 \u003d 1), mejni vpadni kot je ≈ 42 °.
Pojav popolne notranje refleksije se široko uporablja v daljnogledih, periskopih, optičnih vlaknih in refraktometrih.
Stran 1
Fenomen popolne notranje refleksije leži v središču optičnih vlaken, v katerih se slika prenaša kot rezultat večkratnega odseva od vlakenskih sten, medtem ko se do 99% vpadne svetlobe zadrži.
Fenomen popolne notranje refleksije je podlaga za optiko vlaken. Svetloba se širi vzdolž vlakna z višjim indeksom loma kot okolica, zaradi popolnega notranjega odboja pa se ne izpušča, ponavljajoči se upogibi vlaken (glej pogl.
Pojav popolnega notranjega odboja se pojavi, ko žarek svetlobe prehaja iz optično gostejšega medija v medij z nižjo gostoto. Vzorec delitve vpadnega svetlobnega snopa na odsevne in lomljene sestavne dele za primer notranjega odboja je shematično prikazan na sl. 7.1. Po Snellovem zakonu postane kot loma zapleten pod pogojem, da vpadni kot 6 presega določeno kritično vrednost, določeno z enakostjo Oi p arcsin 2I - Žarek, ki se širi vzporedno z vmesnikom, ustreza kritični vrednosti kota.
Pojav popolne notranje refleksije, ki nadzoruje širjenje svetlobe v optičnih vlaknih, je bil znan že v 19. stoletju. Prva steklena vlakna brez plašča so bila narejena v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, vendar se je razvoj optičnih vlaken začel šele v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je uporaba obložne plasti znatno izboljšala značilnosti optičnih vlaken. Vlakna optika se je nato hitro razvijala predvsem s ciljem uporabe kablov iz optičnih vlaken stekla za prenos slike. Knjiga Kapani, ki je bila objavljena leta 1967, ponuja pregled uspehov, doseženih do takrat na področju optičnih vlaken.
Pojav popolne notranje refleksije, ki nadzira širjenje svetlobe v optičnih vlaknih, je bil znan že v 19. stoletju. Prva steklena vlakna brez plašča so bila narejena v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, vendar se je razvoj optičnih vlaken začel šele v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je uporaba obložne plasti znatno izboljšala značilnosti optičnih vlaken. Vlakna optika se je nato hitro razvijala predvsem s ciljem uporabe kablov iz optičnih vlaken stekla za prenos slike. Knjiga Kapani, ki je bila objavljena leta 1967, ponuja pregled uspehov, doseženih do takrat na področju optičnih vlaken.
Fenomen popolne notranje refleksije se široko uporablja v praksi. Je osnova za gradnjo številnih optičnih odsevnih prizem. Isti pojav je osvetlitev potez, naloženih na rešetkah optičnih merilnih instrumentov (sl.
Fenomen popolne notranje refleksije se pogosto uporablja v primerih, ko je treba izvesti prenos svetlobnih tokov brez izgube intenzivnosti. V jedrski fiziki se lucitna ali druga plastična vlakna uporabljajo za prenos svetlobe, ki jo oddaja scintilacijski kristal, ko ionizirajoči delček prehaja skozi fotomultiplikator, kjer se ta svetloba pretvori v uporaben električni signal. Fotomultiplikator mora biti pogosto oddaljen od svetlečega kristala zaradi pomanjkanja prostora ali zaradi magnetnih polj, ki izkrivljajo njegove odčitke. Če je prečna velikost vlaken velika v primerjavi z valovno dolžino, potem zgornja ugotovitev za ravno mejo približno drži. Če so prečne dimenzije dielektrika vrstne valovne dolžine, je potrebno upoštevati posebno geometrijo vlaken, če je to potrebno.
Pojav skupnega notranjega odseva se uporablja v fleksibilnih optičnih vlaknih. Če je svetloba usmerjena proti koncu tanke steklene palice (vlakna), bodo koti, pod katerimi žarki padejo na stene palice, presegli mejni kot.
Fenomen popolne notranje refleksije pojasnjuje spektakularna predstavitvena izkušnja, prikazana na Sl. 24.2. Svetloba pada z vodoravnim vzporednim snopom vzdolž toka vode, ki prosto teče iz odprtine v stranski steni posode.
Fenomen popolne notranje refleksije pojasnjuje spektakularna predstavitvena izkušnja, prikazana na Sl. 24.2. Svetloba pada z vodoravnim vzporednim snopom vzdolž toka vode, ki prosto teče iz odprtine v stranski steni posode. Zaradi pojava popolnega notranjega odboja svetloba ne more izstopiti skozi stransko površino in sledi vzdolž toka, ki je podoben ukrivljenemu vodilu svetlobe.
Uporaba pojava popolne notranje refleksije vam omogoča, da ustvarite potrebna stožčasta ogledala z veliko enostavnejšimi sredstvi. Na primer, stožčasto ogledalo je mogoče zamenjati s stožčasto prizmo s cilindrično luknjo za vzorec. Razmislite o pretvorbi valjaste površine v ravno. Drugačna je situacija s krogi, ko je odsek cilindrov ravnina.
Upoštevanje pojava popolnega notranjega odboja, vloga meridionalnih in poševnih žarkov, vrednost prvega plašča v vlaknu in njegova razsežnost, izguba energije v vlaknu zaradi absorpcije in odsevov na vmesniku med jedrom in plaščem ter številne druge določbe, koncepti in opredelitve omogočajo Do prvega približka si zamislite širjenje svetlobnih žarkov skozi optična vlakna in prenos svetlobne energije in slik s pomočjo svežnjev vlaken.
Uporaba polnega razmišljanja
Dejavnost
Digitalni periskop
Tu je tehnična novost.
Tradicionalni optični kanal obstoječih periskopov je bil nadomeščen z visoko ločljivimi video kamerami in optičnimi komunikacijami. Informacije z zunanjih nadzornih kamer se v osrednjem času v realnem času prenašajo na širokozaslonski zaslon.
Preskusi potekajo na krovu podmornice SSN 767 Hampton tipa Los Angeles. Novi model popolnoma spremeni prakso dela s periskopom, ki se razvija že desetletja. Zdaj uradnik dela s kamerami, nameščenimi na ogrodju, prilagaja zaslon s krmilno palčko in tipkovnico.
Poleg zaslona v osrednji objavi je lahko slika iz periskopa prikazana na poljubno velikem številu prikazovalnikov v kateri koli sobi čolna. Kamere omogočajo sočasno opazovanje različnih sektorjev obzorja, kar znatno poveča odzivnost ure na spremembe taktičnih razmer na površini.
Kako razložiti "igro kamnov"? V nakitu je obloga kamnov izbrana tako, da je na vsakem obrazu popoln odsev svetlobe.
Popoln notranji pojav pojasnjuje pojav mirage
Miraža je optični pojav v atmosferi: odsev svetlobe na meji med ostro različnimi toplotnimi plastmi zraka. Za opazovalca je takšen odsev sestavljen iz dejstva, da je skupaj z oddaljenim objektom (ali delom neba) vidna njegova namišljena podoba, pomaknjena glede na predmet.
Mirage razlikujemo na spodnje, vidne pod objektom, zgornje, nad objektom in stranske. Zgornji miraz je opazen nad hladno zemeljsko površino, spodnji miraz nad pregreto ravno površino, pogosto puščava ali asfaltna cesta. Namišljena podoba neba ustvarja iluzijo vode na površini. Torej se cesta, ki gre v daljavo, vročega poletnega dne zdi mokra. V bližini zelo vročih sten ali kamnin je včasih opažen bočni miraz.