Оптическая характеристика среды
Основной оптической характеристикой среды является абсолютный показатель преломления (n). Он показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем скорость света в среде:
n = c/v
Скорость света в вакууме c = 3·10⁸ м/с. Показатель преломления вакуума и воздуха n = 1.
Чем больше абсолютный показатель преломления, тем оптически более плотной считается среда.
Законы геометрической оптики
1. В однородной среде лучи света распространяются прямолинейно.
2. На границе 2-х сред падающий, преломленный и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точку падения луча.
3. Угол падения равен углу отражения.
При переходе во вторую среду луч света претерпевает преломление.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления величина постоянная и равная отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом (1621 г.).
где n₂₁ - относительный показатель преломления.
Явление полного внутреннего отражения света
Это явление наблюдается при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Оно проявляется в том, что при некотором предельном угле падения луча (αпр) на границу раздела с оптически менее плотной средой, луч не выходит из оптически более плотной среды
Пример: Случай перехода луча из среды в воздух.
Для угла падения αпр sin β = 1.
Если луч выходит из оптически более плотной среды (n > 1)
в воздух (n₁ =1), то
где n – абсолютный показатель преломления среды.
Пример: перископная призма.
Для границы раздела стекло – воздух (n = 1,5) критический угол равен
αпр = 42°, а угол падения и отражения α = 45˚ > αпр.
Призма полного внутреннего отражения используется для поворота лучей на π/2 и π радиан.
Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов, которые представляют собой тонкие (от нескольких микрометров до миллиметров) произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей.
Распространение света в волоконном световоде