Билеты

Билет 1

1. ПВО на плоской границе раздела двух диэлектрических сред. Законы Снеллиуса, формулы Френеля, явления Брюстера.

При прохождения луча в более оптически плотную среду большая часть энергии, переносимой пучком, передается во 2-ю среду с преломлением.

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снеллиуса.

Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего показателя преломления к большему показателю, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду. Это критический угол.

В соответствии с волновой теорией явления, электромагнитная волна всѐ же проникает во вторую среду — там распространяется так называемая «неоднородная волна», которая экспоненциально затухает и энергию с собой не уносит. Характерная глубина проникновения неоднородной волны во вторую среду порядка длины волны.

Пример

Рассмотрим внутреннее отражение на примере двух монохроматических лучей, падающих на границу раздела двух сред. Лучи падают из зоны более плотной среды (обозначена более тѐмным голубым цветом) с показателем преломления на границу с менее плотной средой (обозначена светло-голубым цветом) с показателем преломления .

Красный луч падает под углом , то есть на границе сред он раздваивается — частично преломляется и частично отражается. Часть луча преломляется под углом .

Зелѐный луч падает и полностью отражается . Формулы Френеля:

s-Поляризация

Коэффициент отражения

p-Поляризация

Коэффициент отражения

Коэффициент пропускания

В важном частном случае нормального падения света исчезает разница в коэффициентах отражения и пропускания для p- и s-поляризованных волн. Для нормального падения

БРЮСТЕРА ЗАКОН - соотношение между показателем преломления n диэлектрика и таким

углом падения на него естественного (неполяризованного) света, при к-ром отражѐнный от поверхности диэлектрика свет полностью поляризован. При этом отражается только

компонента электрич. вектора световой волны, перпендикулярная плоскости падения, т. е. параллельная поверхности раздела; компонента , лежащая в плоскости падения, не отражается, а преломляется (рис.). Это происходит при условии . Угол наз. углом Брюстера. Поскольку в силу закона преломления , где - угол преломления, то из Б. з.

следует , т. е. угол между отражѐнным и преломлѐнным лучами составляет 90°. Б. з. установлен Д. Брюстером (D. Brewster) в 1815.

Б. з. можно получить из Френеля формул для прохождения света через границу двух диэлектриков.

Простейшее физ. истолкование Б. з. состоит в следующем: электрич. поле падающей волны вызывает в диэлектрике колебания электронов, направление к-рых совпадает с направлением электрич. вектора преломлѐнной волны Епрел. Эти колебания возбуждают на поверхности раздела отражѐнную волну Eотр, распространяющуюся от диэлектрика. Но линейно колеблющийся электрон не излучает энергии в направлении своих колебаний. А поскольку при выполнении Б. з. отражѐнный луч перпендикулярен преломлѐнному, то отражѐн ная волна для колебаний в плоскости падения не получает никакой энергии. T. о., в отражѐнной волне колебания электрич. поля (Es)отрпроисходят только в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

Если среда, на к-рую падает свет, поглощающая, то ни при каком угле падения не достигается полная поляризация света. Б. з. выполняется недостаточно строго из-за существования очень тонкого переходного слоя на отражающей поверхности раздела двух сред, в к-ром дипольные

моменты молекул ориентированы иначе, чем внутри диэлектрика. Измерение деполяризации

света, отражѐнного при , используется для изучения свойств тонких плѐнок.

2. Основные требования к материалам световодов

Материалы, используемые для производства оптических световодов, должны в первую очередь иметь маленькое затухание на рабочих длинах волн. Также, материал должен быть технологичен.

Из всех силикатных стекол наименьшую величину поглощения имеет чистый кварц. Наличие примесей в прозрачной среде – основная причина оптических потерь.

Билет 2.

1. ПВО на искривленной поверхности раздела двух сред. Экспоненциальное затухание.