Полное внутреннее отражение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ

Физико-математический факультет

Кафедра Лазерной техники и лазерных технологий

Отчет

по лабораторной работе №3 «Полное внутреннее отражение»

по дисциплине: Эксплуатация лазерных систем

Казань 2016

Цель работы: ознакомление с основными законами геометрической оптики и исследование явления полного внутреннего отражения.

Краткие теоретические сведения:

Геометрическая оптика – упрощенный подход к описанию оптических явлений, основанный на основных законах.

Световой пучок – совокупность световых лучей, испускаемых элементом поверхности источника dS в пределах малого телесного угла dW.

Световой луч – это пучок, который можно считать распространяющимся вдоль какой-нибудь линии, называемой траекторией светового луча, причем разным траекториям лучей соответствуют разные световые лучи.

Основные законы геометрической оптики:

1. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Пример нарушения закона: дифракция света.
2. Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или нет. Пример нарушения: нелинейная оптика.
3. Закон отражения света: луч падающий, луч отраженный и нормаль к точке падения лежат в одной плоскости; и угол падения равен углу отражения.
4. Закон обратимости световых лучей: луч, идущий по пути отраженного луча, после отражения пройдет по пути падающего луча.
5. Закон преломления света: луч падающий, луч преломленный и нормаль к точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред: [pic 1], n21=n2/n1 – относительный показатель преломления. При вхождении луча из среды с меньшим n в среду с большим n, преломленный луч прижимается к нормали; в противном случае – луч отклоняется от нормали.

Полное внутреннее отражение[pic 2]

При прохождении луча из более плотной среды в менее плотную, с увеличением угла падения преломленный луч приближается к границе раздела сред. Угол падения, при котором преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред, называется предельным углом: [pic 3]

При угле падения больше предельного  преломленный луч отсутствует и наблюдается полное внутреннее отражение от границы раздела сред. Явление полного внутреннего отражения широко применяется в оптике. Применение: призмы полного внутреннего отражения, измерение показателя преломления, волоконная оптика.

1. Призмы полного внутреннего отражения

[pic 4][pic 5]

2. Рефрактометр Аббе

Рефрактометр предназначен для измерения показателя преломления жидкостей и твердых тел.

Рефрактометр состоит из коллимирующей системы и двух прямоугольных призм, между гипотенузными гранями которых находится небольшой зазор (около 0,1 мм). В зазор помещается исследуемая жидкость. Обе призмы должны иметь высокий показатель преломления (n=1.7 для жёлтой линии натрия λD= 589,3 нм). В простейшей конструкции рефрактометра свет проникает через верхнюю призму, чья гипотенузная грань матовая. После неё свет рассеивается и проходит сквозь исследуемую жидкость в большом интервале углов. В этом интервале будет луч, скользящий по поверхности нижней призмы, которому будет соответстовать предельный угол преломления. Лучи с бо́льшими углами преломления будут отсутствовать. Поэтому выходящий из нижней призмы свет будет иметь резкую границу, если его источник был монохроматичным.