Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
падающей энергии возвращается в первую среду. Действительно, как
следует^13 дв>х первых уравнений системы (3.14),
?Пр ппп илЧ - х'/ь.) r-ПО unit - Wsmifc-HicosipJ/ij]
(3.22)
которая характеризует глубину проникно-
COS
Ф = ± УI - (Sin ф^2 = ± i У (-J- sin (pj2 - 1. (3 23)
(3.24)
(3.25)
)
(3.26)
54
Учитывая (3.24) со знаком минус, а также закон преломления в (3.26),
получим:
nl cos ф + i "Ksin2 ф - nf, tih cos ф - ij/'sin2 ф - я|, cos ф + il^sin2
ф - ri2n pn
Eo?p.
En
?ГР:
cos ф - iff sin2 ф - nf
(3.27)
где п21 = ¦}- < 1.
"i
Как следует из (3.27), при <р
?ОТР
Jp
25 Фпред ротр
Е?
1.
(3 28)
Доказательство соотношения (3.28) может бить проведено читателем
самостоятельно.
Проникновение электромагнитной энергии во вторую среду при полном
внутреннем отражении. Уравнения (3.25) и (3.28) на первый взгляд
противоречат друг другу: во второй среде присутствует электромагнитная
энергия, в то время как весь поток падающей энергии возвращается в первую
среду. В действительности же в данном случае никакого парадокса не
существует. Фактически при полном внутреннем отражении часть потока
энергии, проникая во вторую среду на очень маленькую глубину (порядка
длины волны,
зависящей от угла падения и показателя преломления), возвращается в
первую среду (рис. 3.8). Доказано *, что места входа и выхода потока
энергии при этом явлении смещены друг относительно друга на расстояние
порядка полудлины волны. Таким образом, при полном внутреннем отражении
имеет место движение энергии вдоль границы раздела с выходом в первую
среду.
Явление проникновения электромагнитной (световой) энергии во вторую,
оптически менее плотную среду наблюдалось экспериментально. Схема одного
из опытов дана на рис. 3.9. Две призмы полного внутреннего отражения
поставлены так, что между ними образуется зазор очень малой (порядка
длины падающей волны) толщины. При большой толщине зазора приемник не
регистрирует энергии. Однако если толщина зазора меньше глубины проникно-
* См.: Эйнхенвальд А. А. Теоретическая физика, ч. VI. М., ГНТИ, 1931.
55
вения при полном внутреннем отражении, то проникающая энергия, пройдя
через вторую призму, попадает в приемник. Меняя толщину зазора, можно
варьировать количество прошедшей энергии. Толщина зазора выбирается в
зависимости от длины падающей волны. Так, например, толщина зазора в УКВ-
днапазоне в 105 раз больше, чем в оптическом диапазоне.
Другой метод исследования проникающей волны был предложен Мандельштамом и
Зелени, а также независимо от них Вудом. Схема опыта Мандельштама-Зелени
дана на рис. 3.10. Пучок параллельного света направляется сквозь
стеклянную призму к границе раздела призма-жидкость под углом, большим
предельного угла полного внутреннего отражения. В жидкости растворено
определенное количество флуоресцирующего вещества. Если не имело бы места
проникновение световой энергии во вторую среду (в жидкость), то свет
распространялся бы после полного внутреннего отражения на границе раздела
стекло-жидкость только по
направлению отражения (на рисунке это направление указано стрелками).
Однако, как показывает опыт, имеет место распространение зеленоватого
света по направлениям, отличным от указанного на рисунке направления
отражения. Наблюдение такого явления обусловлено тем, что проникающий во
вторую среду свет вызывает флуоресценцию в тонком слое жидкости, в
результате чего происходит излучение измененного по спектральному составу
света по иным направлениям. Более четко явление наблюдается, если
пользоваться так называемыми "скрещенными" светофильтрами. Два фильтра Ф±
и Ф2 подбираются так, что свет, прошедший через один из них, поглощается
вторым, в результате чего свет, падающий от источника, не может пройти
через их последовательность. Следовательно, при отсутствии проникновения
энергии во вторую среду, а следовательно, и флуоресценции жидкости
отраженный свет не проходит через фильтр Ф2. Однако свет, прошедший через
фильтр Фь проникая в жидкость, вызывает флуоресценцию, которая обладает
иным спектральным составом по сравнению с прошедшим через фильтр Фг
светом. Измененный по спектральному составу свет, естественно, не может
уже полностью поглощаться фильтром Ф2. Поскольку через последовательность
фильтров Ф± и Ф2 свет от источника не проходит, то через фильтр Ф2
пройдет только свет флуоресценции, вызванный проникновением световой
энергии во вторую среду при полном внутреннем отражении.
Рис. З.ю
Рис. 3.11
56
Применения явления полного внутреннего отражения. Явление полного
внутреннего отражения лежит в основе принципа действия так называемых
призм полного внутреннего отражения (рис. 3.11
и 3.12).-----------------------------------------------------------------
---------------------------
В основе устпойства так называемых "светоотводов" (рис. 3.13)
такя?<Глежит явление полного внутреннего отражения.Пветоотводы
представляют соббй тонкую изогнутую трубку (волокна). Лучи
