Полное внутреннее отражение. Понятие о волоконной оптике и ее применение в медицине
1
α γ
2
3 3
3 преломленного - нет
β
n1>n2
α↑àβ↑
sinα/sinβ=n2/n1
β>α
-если α= α пред, то β=900
-если α> α пред, то β – отсутствует
Полное внутреннее отражение – это явление, в котором отсутствует преломленный луч, и свет полностью отражается от границы раздела. Луч во вторую среду не проходит. Первая среда должна быть оптически более плотной.
Найдем αпред
sinα пред /sinβ= π/2 = sinα пред /sin900 = sinα пред /1 = n2/n1
sinα пред = n2/n1
α пред = arcsin n2/n1
Явление полного отражения используется в волоконной оптике.
Волоконная оптика – это раздел оптики, в котором рассматривается передача света и изображения по светопроводам и волноводам оптического диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон.
Волоконно-оптическая связь - это вид связи, при котором информация передается по оптическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".
Оптическое волокно считается одной из самых совершенных физических сред для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших объемов информации (в основном потоковой) на большие расстояния. Оптоволокно обладает отличными физическими характеристиками, очень высокой устойчивостью к электромагнитным и радиочастотным помехам.
Оптоволокно классифицируется на одномодовое и многомодовое.
Термин "одномодовый" означает, что тонкая сердцевина световода может передавать только один световой несущий сигнал. Одномодовое оптоволокно передает свет только с одной модой, но в результате сигнал может передаваться на большие расстояния без повторителей - устройств для ретрансляции и усиления сигнала. Проблема в том, что как само одномодовое оптоволокно, так и электронные компоненты для передачи и приема света стоят дороже, чем для многомодового. Пропускная способность одномодового оптоволокна превышает 10 Гбит/с.
Многомодовое оптоволокно может передавать несколько мод (независимых световых путей) с различными длинами волн или фазами. Однако больший диаметр сердцевины приводит к тому, что вероятность отражения света от внешней поверхности сердцевины повышается, а это чревато уменьшением пропускной способности и максимального расстояния между повторителями. Грубо оценивая, максимальная пропускная способность многомодового оптоволокна составляет около 2,5 Гбит/с.
n2
n1
Оптические линзы. Основные определения
Линзы – прозрачные, пропускающие свет тела, ограниченные криволинейными поверхностями (n линзы ≠ nотр среды).
Различают по конструкции:
-сферические
-цилиндрические
По характеру действия:
-собирающие
-рассеивающие
Собирающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в сходящийся.
Рассеивающие линзы – преобразующие параллельный пучок света в расходящийся.
Линза определенной конструкции м/б как собирающей, та ки рассеивающей, в зависимости от n линзы и n окружающей среды.
| nЛ>nокр. ср nЛ<nокр. ср | nЛ<nокр. ср nЛ>nокр. ср |
O
F F
1/F=D
1дптр= m-1
| О F F a Фокальная плоскость т.а – побочный фокус | а О F F |
Построение изображения в линзах
| P О P` F F | P Р`` O F F а |
т. P – является изображением.
т. P` – действительное изображение т.Р, если она образована пересечением самих лучей, сходящихся в ней, после преломления в линзе.
т. Р`` - мнимое изображение т.Р, если она образована пересечением продолжения луча в обратную сторону.
N`
N
O
P` F P F
P` - мнимое; увеличенное
d<F
Оптическая система глаза
Оптическая система глаза содержит:
-Светопреломляющие среды (роговица (1); водянистая влага впереди камеры (2); хрусталик (3); стекловидное тело (4))
-Световоспринимающие среды – на ней образуется изображение предмета (сетчатка (5))
Для построения изображения предмета пользуются приведенным глазом, который рассматривает все преломляющие среды, как однородную сферическую собирающую линзу с показателем преломления n=1.4.
1 2 3 О 4 F 5
6.8 мм 16мм 0.6мм
23.4 мм
F=16мм=0,016м
D=1/F=1/0.016=62.5 дптр
N
β O P`
P 2F F F 2F
N`
d F
P` - действительное; уменьшенное; перевернутое
P`N`/f=PN/d=tgβ
P`N`=f*tgβ
Для глаза: f=const
Угол β – угол зрения – это угол м/у лучами идущими от крайних точек предмета ч/з оптический центр.
У каждого человека есть β – минимальное.
В норме βmin=1 мин=1`.
Острота зрения – м/т рассматриваться как способность и как величина.
-это способность видеть раздельно 2 близкие точки предмета (разрешающая способность глаза)
-как величина – это βmin нормы/βmin данного человека = 1` - острота зрения.