2. Полное внутреннее отражение. Световоды.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную ( ) преломленный луч удаляется от нормали к поверхности раздела сред. Увеличение ϑ сопровождается более быстрым ростом угла преломления ϑ˝, и по достижении угла ϑ значения

ϑ

ϑ

угол ϑ˝ ставится равным π / 2. Угол, определяемый (31-1) называется предельным углом (рис. 31.3).

При углах падения, заключенных в пределах от ϑ до π / 2 световая

(31-1)

ϑ˝

Рис. 31.3

волна проникает во вторую среду на расстояние порядка длины волны λ и затем возвращаются в первую среду. Это явление называется полным внутреннем отражением.

С

ϑ

ϑ

оболочка

сердцевина

Рис. 31.4

ветоводы. Явление полного внутреннего отражения используется в световодах, представляющих собой тонкие нити (волокна) из оптически прозрачного материала. Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки. Свет, падающий на торец световода (рис. 31.4) под углами,

большими предельного, претерпевает на границе раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световеду-

щей жиле (сердцевине). С помощью световодов можно произвольным образом исправлять путь светового пучка. Для передачи изображений применяется, как правило, многочисленные световоды. Вопросы передачи световых волн и изображений изучаются в специальном разделе оптики – волоконной оптике.

Световоды применяются кроме всего в волоконно-оптических линиях связи.

Примечание. В чем преимущество диапазона по сравнению с радиопаозоном?

При передаче информации модулированными электромагнитными колебаниями необходимо, чтобы частота модуляции была в 10..100 раз меньше несущей частоты. Кроме того, частоты модуляции занимают некоторую полосу частот. Так, для передачи музыкальной программы нужна полоса от 10 Гц до 10 кГц. Поэтому, несущая частота не может быть меньше Гц. Для передачи одного телевизионного канала требуется полоса частотой около Гц. Так что, для передачи телевизионного изображения нужна несущая частота ≈ Гц. Частота видимого излучения около Гц, поэтому информационная емкость канала связи может быть многократно увеличена. По оптическому кабелю можно вести одновременно десятки тысяч телефонных разговоров, передавать сотни телевизионных программ (теоретически до телефонных разговоров или телевизионных программ [ ], реально, конечно, немного меньше, но все равно эти цифры впечатляют).

4. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики.

Распространение света представляет в общем случае волновой процесс. Однако, в частности, в вопросах образования изображения решение можно получить более простым путем, с помощью представлений геометрической оптики, в которой распространение света рассматривается на основе представления о световых лучах.

Реально невозможно получить световой луч как прямую линию вследствие явления дифракции. Например, угловое расширение реального светового пучка, пропущенного через диафрагму (отверстие) диаметра D, определяется углом дифракции φ ≈ λ / D. Однако, угловое отклонение, нарушающее прямолинейность распространения света в однородной среде, может быть весьма мало, если размеры отверстия (или препятствия) велики по сравнению с длиной волны λ (λ << D).

При пользовании законами лучевой оптики нельзя забывать, что они лишь первое приближение к действительности и, что без дифракционных явлений не обходится ни один случай распространения света.

Соответствующие оценки влияния расстояния от освещаемого объекта до экрана при данных λ и D дают соотношение выполнения приближения геометрической оптики [ ]

(31-2)

Примечание. Реальные оптические системы дают удовлетворительное изображение только при определенном ограничении ширины пучков лучей. Любая оптическая система – глаз, фотоаппарат и т. п. в конечном счете рисует изображение практически на плоскости (сетчатка глаза, фотопленка и т. п.), объекты же в большинстве случаев трехмерны. Чем уже пучки, тем отчетливее изображение предмета на плоскости. Наличие ограничивающих диафрагм, роль которых может играть, например, оправа линзы, объектива существенно для всякого оптического инструмента: от величины и положения диафрагм зависит отчетливость изображения. Но при этом должно выполнятся соотношение (31-2).