Вопрос 38. Лучевая оптика. Законы отражения и преломления. Полное внутреннее отражение. Световоды

Лучевая оптика - раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Законы отражения и преломления.

Ø Закон прямолинейного распространения света — свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. В однородной среде лучи света представляют собой прямые линии.

Ø Закон независимости световых пучков — эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

Ø Закон отражения — отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения (рис.2); угол отражения  равен углу падения

Закон преломления — луч падающий, луч преломленный и линия нормали к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред где  относительный показатель преломления 2-ой среды относит-но 1-ой, который равен отношению абсолютных показателей преломления двух сред  или  Следоват-но, закон преломления таков:  При том, что абсолютный показатель преломления то угол преломления  меньше угла падения.

Полное внутреннее отражение света. Волноводы. Известно, что на границе раздела двух сред с различной диэлектрической проницаемостью (согласно формуле Максвелла ¾ h = e ^1/2) всегда имеет место и отражение, и преломление света.

Угол преломления θ может принимать максимальное значение  (нет преломленного луча – б, в). Это явление называют полным внутренним отражением (ПВО). В этом случае  а  Угол  предельный угол ПВО.

Еще раз следует подчеркнуть, что ПВО света может происходить от границы более оптически плотной среды с оптически менее плотной средой. Явление ПВО лежит в основе так называемых волноводов (световодов ). Они представляют собой гибкие трубки (волóкна) из прозрачного вещества, показатель преломления которого в центре трубки бóльший, чем во внешней ее части. Лучи света в световодах падают на стенки трубки под углом, бóльшим предельного. В результате такого падения происходит ПВО от внешней поверхности стенки трубки и свет, направленный в один торец изогнутой трубки, выходит через ее другой торец (обычно используют лазерные пучки света). Поэтому торец трубки световода можно использовать для освещения труднодоступных участков (например, в медицине для исследования органов пищеварения)

Ø. Известно, что свет для зеленых растений служит единственным источником энергии. С помощью света в растениях образуются молекулы органических веществ, необходимых для создания новых клеток. Чувствительным к свету элементом растительной клетки является пигмент фитохром. Основной его задачей является поглощение света. Биологам известно, что основная часть фитохрома сосредоточена не в надземной части растения, а в его подземной части. Возникает вопрос, как в подземную часть растения попадает свет? Оказывается, что свет в подземную часть растения попадает через его стебель, который является своего рода световодом