ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Явление внутреннего отражения из "Волновая оптика " При отражении электромагнитной волны от оптически менее плотной среды (лгА] 1) при углах падения ф фпред энергия целиком возвращается в первую среду, поэтому это явление называют полным внутренним отражением. [c.92] Такой световод напоминает (см. 1.2) волновод, широко используемый в технике СВЧ. Этот способ транспортировки светового потока применяется в волоконной оптике для передачи информации модулированным световым сигналом. Однако при этом возникли существенные трудности и лишь в последние годы были решены проблемы, основанные на использовании весьма чистых и однородных волокон. Дело в том, что наличие в стеклянном волокне мельчайших пузырьков воздуха, трещин, пылинок и т.д. приводит к рассеянию световых волн и резкому возрастанию потерь энергии, нацело исключающих возможность применения системы таких волокон для целей оптической дальней связи. В результате интенсивной исследовательской работы в 70-е годы была разработана технология получения оптических волокон очень высокого качества. Потери энергии в таких световодах оказываются того же порядка, что и затухание электрического импульса, распространяющегося в металлическом проводнике. Можно ожидать, что несомненная выгода передачи информации на оптических частотах будет реализована не только в условиях космоса, где не играют роли помехи, неизбежно возникающие при распространении свободной световой волны в приземной атмосфере. [c.93] Внутреннее отражение электромагнитных волн объясняет рефракцию радиоволн в ионосфере. Известно, что на высоте от 100 до 300 км существует ионизированный слой, от которого отражаются радиоволны с длиной волны 10 м. Более короткие волны проходят через него, что используется в радиоастрономии. Оказывается, что в ионосфере реализуется случай и с, т.е. [c.93] Изучим подробнее явление полного внутреннего отражения, причем при записи основных соотношений будем, как и прежде, пользоваться комплексными значениями для амплитуд отраженной и преломленной волн с переходом к вещественным значениям в окончательных формулах. [c.94] Знак плюс в показателе экспоненциальной функции соответствует безграничному возрастанию амплитуды во второй среде, что лишено физического смысла. Знак минус соответствует волне, амплитуда которой быстро убывает по мере проникновения во вторую среду. Практически эта неоднородная волна существует лишь в поверхностном слое второй среды, толщина которого примерно равна длине волны исследуемого излучения (рис. 2.18). [c.95] Это своеобразное ответвление части потока энергии во вторую среду можно обнаружить на опыте и использовать в практических целях. Так как толщина слоя, в котором мигрирует энергия, порядка длины волны, то выгодно экспериментировать в УКВ-диапазоне. Действительно, если поставить рядом две призмы полного внутреннего отражения, оставив между ними небольшой зазор (рис. 2.19), то в зависимости от ширины последнего приемник излучения зарегистрирует разное количество энергии. Меняя ширину зазора, можно изменять прошедшую энергию, т.е. модулировать амплитуду прошедшей волны. [c.96] Значит, действительно при полном внутреннем отражении весь поток энергии возвращается в первую среду и при описании стационарного процесса можно не учитывать той доли энергии, которая мигрирует во второй среде. [c.97] Заметим, что при ф - Фпред Л.Х коэффициент отражения очень быстро возрастает. [c.97] Поэтому, используя явление полного отражения и измеряя Фпред, можно определять показатель преломления какого-либо вещества, что щи-роко применяется на практике. [c.97] Покажем, что при внутреннем отражении происходит изменение поляризации излучения — линейно поляризованная волна становится эллиптически поляризованной. [c.98] Мы видим, что й X т.е. скачки фаз при переходе из среды в среду неодинаковы и отраженная волна будет эллиптически поляризована. [c.98] В правой части рис. 2.20 показана зависимость сдвига фаз 8 = 8 — 5j от угла падения, изменяющегося в пределах от Фпред до п/2. Для перехода стекло—воздух Фмикс 51° и при однократном отражении никак нельзя получить круговую поляризацию, так как tg (6/2) = 0,42. [c.98] Здесь уместно поставить вопрос о способах индикации круговой поляризации. Общий метод заключается в том, что круговую поляризацию излучения преобразуют в линейную, которая обнаруживается обычным способом — вращением поляроида, служащего анализатором. При линейной поляризации излучения, как известно, свет не пройдет через анализатор, если направление разрешенных колебаний в анализаторе ортогонально плоскости колебаний в исследуемом пучке света. [c.99] Перевод круговой поляризации в линейную достигается введением при помощи какого-либо устройства дополните.пьной разности фаз о п 2 двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Обычно для этой цели используется пластинка в четверть длины волны (см. гл. 1П). Призма Френеля фактически также служит устройством, обеспечивающим введение дополнительной разности фаз двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Такой способ обладает тем преимуществом, что достигаемый сдвиг по фазе мало зависит от длины волны падающего света. [c.99] Действие призмы Френеля можно исследовать, используя оптическую схему, показанную на рис. 2.22. После прохождения поляризатора Pi падающий свет будет линейно поляризован. Вращая анализатор Рг. будем периодически наблюдать полное исчезновение прошедшего света, что соответствует определенному направлению линейно поляризованных колебаний, получивших в результате превращения призмой Френеля линейной поляризации в круговую и повторного превращения в линейную поляризацию в результате действия пластинки в четверть длины волны. Можно также продемонстрировать это в УКВ-диапазоне, для чего используется большой ромб Френеля , изготовленный из парафина. [c.99] Вернуться к основной статье