3. Контрольные вопросы.

3.1. Предельный угол полного внутреннего отражения для алмаза 24⁰. Как он изменится, если алмаз поместить в воду?

3.2. Зависят ли потери световой энергии в оптическом волокне от его изгиба?

3.3. Как доля энергии, исходящая от точечного источника из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (см. рисунок 1.) зависит от коэффициента преломления и почему?

Лабораторная работа № 3

Исследование дисперсии света в диэлектрических материалах

Цель: изучение явления дисперсии света и изучение дисперсионных спектральных устройств.

1. Краткое теоретическое описание.

В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин волн. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый, например, газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром. Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма (рисунок 1). Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ.

Рисунок.1. Разложение излучения в спектр при помощи призмы.

Щель S, на которую падает исследуемое излучение, находится в фокальной плоскости линзы Л1. Эта часть прибора называется коллиматором. Выходящий из линзы параллельный пучок света падает на призму P. Вследствие дисперсии свет разных длин волн выходит из призмы под разными углами. В фокальной плоскости линзы Л2 располагается экран или фотопластинка, на которой фокусируется излучение. В результате в разных местах экрана возникает изображение входной щели S в свете разных длин волн. Первый опыт по разложению белого света в спектр был осуществлен И. Ньютоном (1672 г.).

У всех прозрачных твердых веществ (стекло, кварц), из которых изготовляются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света убывает с увеличением длины волны λ, поэтому наиболее сильно призма отклоняет от первоначального направления синие и фиолетовые лучи и наименее – красные. Монотонно убывающая зависимость n(λ) называется нормальной дисперсией. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

С уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается со все возрастающей ско­ростью, так что величина

D=n /. (2)

называемая диспер­сией вещества, также увеличивается по модулю с уменьшением . Такой характер дисперсии называют нормальным. Зависимость n от _o в области нормальной дисперсии может быть представлена приближенно формулой:

^{где а, Ь, с, ... — постоянные, значения которых для} каж­дого вещества определяются экспериментально. В боль­шинстве случаев можно ^{ограничиться двумя первыми членами формулы, полагая} Дисперсией спектрального прибора D_c называется его способность отклонять лучи различной длины волны l1, l2,…ln на соответствующие длинам волн различные углы отклонения n , причём величина дисперсии прибора считается по соотношению

D_с (2)