Решение: Ослабление света при перегибе волокна
Статья к заданиюСветоводы
Волоконная оптика является относительно молодой областью науки и техники, которая занимается изучением явлений, возникающих при распространении света в волоконных световодах.
Волоконный световод представляет собой длинную тонкую нить, как правило, из стекла, имеющую сложную внутреннюю структуру. В простейшем случае световод состоит из сердцевины с показателем преломления n₁, оболочки с показателем преломления n₂ (при этом n₁ > n₂) и защитного покрытия. Сердцевина и оболочка обеспечивают распространение излучения, а внешнее покрытие (полимерное, металлическое и пр.) предохраняет световод от внешних воздействий.
Структура волоконного световода
Распространение света в волоконных световодах основано на явлении полного внутреннего отражения. Это явление наблюдается при переходе излучения из среды с большим показателем преломления (n₁) в среду с меньшим показателем (n₂). При углах падения, больших или равных предельному углу, наблюдается полное внутреннее отражение. Критический угол определяется соотношением sin θ = n₂ / n₁.
Таким образом, если среду с большим показателем преломления на достаточно большом расстоянии окружить средой с меньшим показателем преломления, можно обеспечить распространение света за счёт явления полного внутреннего отражения.
Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка
Почему при перегибе волоконного световода резко ослабляется исходящий луч? Ответ поясните.
Используйте материал о строении волоконного световода и распространении света в нём.
Решение по шагам
4 шагаСвет распространяется по сердцевине волоконного световода благодаря многократному полному внутреннему отражению на границе сердцевины и оболочки, поскольку показатель преломления сердцевины больше показателя преломления оболочки.
$$n_1 > n_2$$При перегибе волокна изменяется направление распространения лучей и углы их падения на границу сердцевины и оболочки.
Для части лучей угол падения становится меньше критического угла, поэтому условие полного внутреннего отражения не выполняется. Эти лучи преломляются в оболочку и покидают сердцевину.
В результате до выходного конца доходит меньше световой энергии, поэтому исходящий луч резко ослабляется.
При перегибе часть лучей начинает падать на границу сердцевины и оболочки под углом меньше критического. Полное внутреннее отражение для них нарушается, лучи выходят из сердцевины в оболочку, поэтому до выходного конца доходит меньше световой энергии и исходящий луч ослабевает.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указывать только наличие изгиба без объяснения нарушения полного внутреннего отражения.
Утверждать, что при любом изгибе свет полностью перестаёт распространяться.
Путать отражение света с поглощением света материалом волокна.