Модель световода (светопроводящий стержень)

Как указывалось выше, полное отражение широко используется в волоконной оптике для каналирования световых пучков. Простейшим примером устройства, применяемого для этой цели, является светопроводящий стержень, представляющий собой удлиненную призму (обычно прямоугольного сечения) или цилиндр (кругового сечения) из материала, прозрачного для передаваемого излучения. При определенных условиях свет, поступающий с одного из торцов такого стержня, испытывает полное отражение от внутренней боковой поверхности и распространяется по зигзагообразному пути до другого торца (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Многократные полные отражения в светопроводящем стержне.

Для экспериментальной иллюстрации эффекта «удержания» светового пучка за счет многократных полных переотражений используется крупногабаритная модель светопроводящего стержня (световода) из оргстекла, представляющая собой параллелепипед размером 25 х 4 х 4 см³, все грани которого отполированы (рис. 8.8).

Одна из торцевых граней световода (входная) скошена для демонстрации зависимости работоспособности световода от условий ввода излучения. Световод закреплен на оправке, которая позволяет поворачивать плоскость входного торца относительно направления падающего светового пучка. Направив лазерный луч на входной торец световода, можно показать, что при определенных углах падения луч выходит из боковой грани после двукратного преломления на границе раздела оргстекло-воздух. (рис. 8.9 а).

Рис. 8.8. Светопроводящий стержень.

Рис. 8.9. Демонстрация работы светопроводящего стержня.

В этом случае световод «не удерживает» световой пучок внутри себя. Однако, изменив угол падения (рис. 8.9 б), легко добиться ситуации, когда в результате многократных ПО луч распространяется внутри световода и выходит через второй его торец. При изменении угла падения света на входной грани меняется «пространственный период» зигзагообразной траектории луча (рис. 8.9 в), что обусловливает разное время прохождения светом длины световода. Этот очевидный экспериментальный факт (зависимость времени распространения света вдоль оси световода от угла падения на входной торец) можно использовать для качественного объяснения явления так называемой «модовой дисперсии», отрицательно сказывающейся на работе световодов, предназначенных для передачи сигналов (см. п. 8.1.6).

Дата добавления: 2014-01-04