Застосування явища повного внутрішнього відбивання

Явище повного внутрішнього відбивання лежить в основі принципу дії так званих призм повного внутрішнього відбивання (рис. 3.6а).

В основі пристрою так званих «світловодів» (рис. 3.6б) також лежить явище повного відбивання. Світловод є тонкою зігнутою трубкою, виготовленою із скла.

Рис. 3.6 а Рис. 3.6 б

Кожна трубка оточена тонкою оболонкою із скла, яка має менший показник заломлення, ніж сама трубка. Промені світла в світловодах падають на стінки трубки під кутом, більшим за граничний. У результаті такого падіння світла відбувається повне відбивання від внутрішньої поверхні стінки трубки і світло, направлене в один торець зігнутої трубки, виходить через її інший торець. Тому торець трубки світловода можна використовувати для освітлення важкодоступних ділянок. Питаннями перенесення світлової енергії по вузьких трубках займається спеціальний розділ оптики – так звана «волоконна оптика».

Рис. 3.7

Коротко ознайомимося з деякими світловодами.

Волокна залежно від форми бувають різними:

1) пряме волокно з прямими торцями (рис. 3.7. а);

2) пряме волокно з косими торцями (рис. 3.7. б);

3) зігнуте волокно (рис. 3.7. в);

4) волокно змінного діаметру; а) волокно, діаметр якого зменшується у напрямі поширення світла; таке волокно називається фоконом (рис. 3.7. г);фокони зменшують розміри зображення яке передається; б) волокно, діаметр якого збільшується у напрямі поширення світла; таке волокно називається афоконом (рис. 3.7. д). Афокони збільшують розміри зображення, яке передається. Фокони і афокони є зворотними системами. При зміні напряму поширення світла на протилежне фокон перетворюється на афокон, і навпаки.

Залежно від призначення застосовуються різні форми волокон. Матеріал волокна підбирається відповідно до довжини використовуваної світлової хвилі. Так, наприклад, для роботи у видимій і ближній інфрачервоній області (3500-9000 Å) використовується оптичне скло з великим показником заломлення. Волокна з плавленого кварцу застосовуються в ближній ультрафіолетовій області. Для роботи в інфрачервоному діапазоні можна використо­вувати скло з присадкою трисульфідного миш’яку.

Світловоди виконують дві функції: 1) передають світлову енергію, 2) передають зображення. Для передачі світлової енергії не має значення взаєморозташування окремих волокон у пучку. Останнє відіграє істотну роль при передачі зображення. В цьому випадку необхідно, щоб зберігалася відповідність у взаєморозташуванні окремих волокон в пучку на вхідному і вихідному торцях. Із метою збільшення кількості передачі світлової енергії потрібно збільшити площу перерізу волокна. При цьому втрачається його гнучкість і тим самим обмежується його застосування. Щоб, не змінюючи гнучкості волокна, збільшити світлову енергію, яка передається, окремі волокна сполучають разом в один пучок, який не спотворює зображення при вигинах і скручуванні. Пучки можна утворити двома способами:

1. Окремі пружні волокна із захисними покриттями склеюються у вигляді джгута.

2. Окремі пружні волокна розташовуються в середовищі з меншим показником заломлення.

Світловоди знаходять широке застосування в різних галузях. Вони використовуються в електронно-променевих трубках, електронно-оптичних перетворювачах, у високошвидкісній фотографії, як розширювачі лазерних пучків, для кодування інформації, а також в електронно-обчислювальних машинах.

Волокна мають наступні недоліки:

1. Відбуваються втрати світлової енергії на поглинання усередині волокна.

2. Відбуваються втрати світлової енергії при відбиванні від торців волокна.

3. Через хвильову природу світла завжди мають місце втрати світлової енергії при повному відбиванні.

4. Наявність дефектів (подряпин) на поверхні, а також присутність забруднень (пил) призводять до додаткового розсіювання світла через неоднорідність на межі поділу скло-повітря. З метою виключення двох останніх недоліків волокно охоплюється скляною оболонкою. Зрозуміло, що показник заломлення волокна має бути більше показника заломлення скляного покриття.

Принцип Ферма:

Дата добавления: 2015-06-04