Światłowód

Światłowód - przezroczyste włókno (szklane lub wykonane z tworzyw sztucznych), w którym odbywa się propagacja światła.

Aby wyeliminować - lub, przynajmniej, znacząco ograniczyć - wypromieniowanie światła przez boczne powierzchnie światłowodu, stosuje się odpowiednio dobrany poprzeczny gradient współczynnika załamania światła. W najprostszym przypadku, gradient ten realizowany jest skokowo - wewnątrz światłowodu współczynnik załamania ma wartość wyższą, niż na zewnątrz; utrzymanie promieni światła w obrębie takiego światłowodu zachodzi na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia. W przypadku, gdy współczynnik załamania maleje z odległością od osi światłowodu w sposób ciągły, mówimy o światłowodach gradientowych.

Zasada działania

W zrozumieniu zasady działania światłowodu skokowego (a zatem sposobu utrzymania światła w jego wnętrzu), pomocne mogą być przedstawione tu rysunki, na których promienie światła biegną prostoliniowo, odbijając się od ścianek światłowodu. Światłowód gradientowy działa podobnie, lecz promienie - zamiast po odcinkach prostoliniowych, poruszają się po krzywoliniowych trajektoriach, utrzymywanych wewnątrz światłowodu przez ciągły gradient współczynnika załamania.

Takie wyobrażenie działania światłowodu jest jednak uproszczone i naiwne - tym bardziej, im mniejsze rozmiary poprzeczne ma rozważany światłowód. W rzeczywistości, istotną rolę w działaniu światłowodu odgrywa dyfrakcja. Zamiast promieni światła (będących podstawą przybliżonej optyki geometrycznej) należy rozważać światło jako falę. Przybliżenie optyki geometrycznej jest sensowne jedynie dla światłowodów o dużych rozmiarach poprzecznych, traci natomiast sens, gdy rozmiar poprzeczny światłowodu staje się porównywalny z długością fali światła. Zjawiska falowe mają szczególnie duże znaczenie w przypadku światłowodów jednomodowych, w których ściśle dobiera się długość fali transmitowanego światła do kształtu i rozmiarów poprzecznych światłowodu.

Światłowód jest szczególnym przypadkiem falowodu transmitującego fale elektromagnetyczne o częstotliwościach optycznych. W związku z tym, synonimem określenia "światłowód" jest "falowód optyczny".

Klasyfikacja

Światłowody są wykorzystywane jako elementy urządzeń optoelektronicznych, składniki optycznych układów zintegrowanych, media transmisji sygnałów na duże odległości, jak również do celów oświetleniowych. Światłowody mogą być klasyfikowane ze względu na ich geometrię (planarne, paskowe lub włókniste), strukturę modową (jednomodowe, wielomodowe), rozkład współczynnika załamania (skokowe i gradientowe) i rodzaj stosowanego materiału (szklane, plastikowe, półprzewodnikowe).

Schemat światłowodu warstwowego składającego

się z trzech warstw o różnych współczynnikach załamania

Schemat ilustrujący rozchodzenie się światł w wielomodowym światłowodzie włóknistym

Rdzeń światłowodu ,a największy współczynnik załamania światła blisko osi włókna, a zgodnie z prawami optyki pormień świetlny xsgina sie w kierunku ośrodka o największym współcznynniku załamania. W rezultacie promień światła prowadzonego w światłowodzie ma tendencję do utrzymywania się wewnątrz rdzenia włókna, a nawet blisko osi geometrycznej włókna światłowodowego.

Więcej na stronie :

http://itpedia.pl/index.php/%C5%9Awiat%C5%82ow%C3%B3d

Światło białe składa sie z wielu barw

To co widzimy w pomieszczeniu i jak je odbieramy zależy między innymi od barwy zastanego światła. Światło chłodne pobudza. Zbyt zimne może „drażnić”. Natomiast światło ciepłe wpływa na nas relaksująco i uspakajająco. Odpowiednio dobrane, może być naszym sprzymierzeńcem... VISUAL COMMUNICAION rozświetla więc mroki tajemnej wiedzy fizycznej i przybliża podstawy techniki świetlnej.



Światło białe
„Białe” światło emitowane przez słońce czy żarówki jest w rzeczywistości mieszaniną wszystkich fal z widma widzialnego. Promieniowanie to obejmuje zakres fali elektromagnetycznej od 380 do 780nm. Dobrze znaną metodą rozszczepienia białego światła jest przepuszczenie go przez pryzmat.
Widmo otrzymane w wyniku rozszczepienia światła w pryzmacie przypomina tęczę. Można wydzielić w nim przedziały długości fal, które oko ludzkie odbiera jako wrażenie różnych barw: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski i fioletowy. Odpowiednie kolory można przypisać poszczególnym długościom fal:

380 - 436 nm fioletowy,
436 - 495 nm niebieski,
495 - 566 nm zielony,
566 - 589 nm żółty (żółty),
589 - 627 nm pomarańczowy,
627 - 780 nm czerwony.










Nie wszystkie długości fal są źródłem takiego samego stopnia jasności dla ludzkiego oka. Największa jasność, którą wyczuwa oko związana jest ze światłem zielonym (około 555 nm). Wynika to z czułości względnej oka. Światło białe możemy uzyskać w wyniku wymieszania świateł w trzech kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim. Sprawdź co uzyskasz w wyniku mieszania tych barw.


Wykres chromatyczności
Określenia barwy światła jako czerwona, pomarańczowa, żółta itd. są mało precyzyjne. Dlatego został stworzony wykres chromatyczności czyli tzw. trójkąt barw. Przedstawia on w prostokątnym układzie dwóch współrzędnych chromatycznych (x,y), barwy tęczy od czerwonej do fioletowej na obrzeżach oraz wszystkie pozostałe barwy w środku trójkąta barw. Każdy punkt tego wykresu reprezentuje inną barwę światła. W centrum trójkąta znajduje się mieszanina wszystkich barw czyli barwa biała. Należy jednak zdawać sobie sprawę z pewnych różnic pomiędzy barwą światła, a jego obrazem na kartce papieru. Np. barwa czarna w ujęciu światła to po prostu jego brak, a na kartce to pigment, który nie odbija światła. Kartka może mieć np. kolor szary, a w ujęciu „świetlnym” jest to nadal światło białe tylko w mniejszej ilości. Czerwona kartka będzie widziana jako czerwona w świetle białym. Jeśli ją oświetlimy światłem zielonym będzie prawie czarna.

Temperatura barwowa
Przy określaniu barwy światła wysyłanego przez źródła światła wykorzystuje się pojęcie temperatury barwowej. Jest to przyrównanie barwy światła źródła do temperatury ciała czarnego, które wysyła promieniowanie o tej samej chromatyczności co promieniowanie rozpatrywanego źródła. Na wykresie chromatyczności jest wrysowana krzywa ciała czarnego. Barwa światła źródła jest oznaczana na wykresie i odczytywana jej wartość dla najbliższej temperatury ciała czarnego. Innymi słowy, temperatura barwowa jest to obiektywna miara wrażenia barwy danego źródła światła. Podawana jest w stopniach Kelwinach. Im światło cieplejsze tym jego temperatura niższa, a im zimniejsze tym wyższa. Poniżej najczęściej spotykane określenia i odpowiadające im wartości temperatur:

temperatura barwowa 2700 K - barwa bardzo ciepłobiała (żarówka),
temperatura barwowa 3000 K - barwa ciepłobiała (halogen),
temperatura barwowa 4000 K - barwa biała,
temperatura barwowa 5000 K - barwa chłodnobiała,
temperatura barwowa 6500 K - barwa dzienna.

Polaryzacja

Polaryzacja światła

• Polaryzacja to zjawisko polegające na uporządkowaniu płaszczyzny drgań wektora

Występowanie zjawiska polaryzacji dla światła dowodzi, że światło jest falą poprzeczną.

Światło można spolaryzować, przepuszczając je przez specjalne substancje zwane polaryzatorami, przez odbicie od powierzchni dielektryka lub przez tzw. podwójne załamanie w kryształach dwójłomnych.

• Polaryzacja przez odbicie

Jeżeli światło pada na powierzchnię dielektryka (np. szkła) pod tzw. kątem Brewstera α_B, to wiązka odbita jest całkowicie spolaryzowana w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny padania. Wiązka załamana, która wniknęła w dielektryk, jest częściowo spolaryzowana w płaszczyźnie padania wiązki.

• Kąt Brewstera spełnia następujący warunek:

α_B + ß = 90°

Jego wartość zależy także od rodzaju dielektryka zgodnie z zależnością:

tg α_B = n

gdzie: n – bezwzględny współczynnik załamania dielektryka.

Odbicie światła

Odbicie — zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła.

Odbicie zwierciadlane

Odbicie zwierciadlane może mieć miejsce na gładkiej powierzchni oddzielającej dwa różne materiały, np. na lustrze wody albo metalizowanej powierzchni. Zgodnie ze schematem promień świetlny P zwany promieniem padającym pada w punkcie S na granicę ośrodków i odbija się jako promień odbity O.

Definicje

Prostopadła do powierzchni odbijającej w punkcie padania promienia zwana jest normalną padania.

Kąt padania to kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) θ_P.

Kąt odbicia to kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) θ_O.

Prawo odbicia

Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

Zwierciadło

Urządzenie zbudowane w celu odbijania fal to zwierciadło.

Odbicie zachodzi gdy ośrodki mają różne impedancje falowe, co dla większości ośrodków oznacza, że mają różne współczynniki załamania. W szczególnym przypadku możliwe jest całkowite wewnętrzne odbicie fali od powierzchni oddzielającej różne materiały.

Kształt samolotu F-117 dobrano tak, by od przodu kąt padania promieni był jak największy i jak najmniej odbijał fale radarów do przodu.

Załamanie światła

Załamanie światła

---

Czy kiedykolwiek widziałeś "złamaną" łyżkę w szklance? A może próbowałeś złapać rybę w wodzie i okazało się to bardzo trudne. Dlaczego tak jest? Wszystko to dzieje się dzięki zjawisku zwanemu załamaniem światła. Załamanie to zakrzywienie promieni świetlnych przy przechodzeniu z jednego ośrodka (materiału) do innego. Ogólnie: kiedy światło przechodzi z ośrodka o wyższej gęstości do drugiego o niższej załamuje się od normalnej (prostopadłej do powierzchni w miejscu przechodzenia), zaś kiedy przechodzi z ośrodka o niższej gęstości do drugiego o wyższej załamuje się do normalnej. Promień załamywany nazywamy promieniem padającym, a kąt który tworzy z normalną nazywamy kątem padania. Po załamaniu promień nazywamy promieniem załamanym, a kąt który tworzy z normalną, kątem załamania. Promień padający, załamany i normalna leżą w tej samej płaszczyźnie (to zdanie to pierwsze prawo załamania). Interesujące jest to, że jeśli kąt padania jest równy 0 stopni (promień padający jest równoległy do normalnej), nie jest załamywany (nie zmienia kierunku).
Łyżka w szklance wygląda na złamaną.
Teraz zróbmy eksperyment. Weź jakieś naczynie (najlepiej duży garnek) i połóż na środku dna monetę. Teraz powoli przesuwaj głowę, aż moneta zniknie ci z oczu. Teraz nie ruszając głowy, nalewaj do garnka wodę. Kiedy w garnku będzie wystarczająco dużo wody, znowu będziesz mógł zobaczyć monetę! Ale moneta wydaje się być większa i umieszczona bliżej niż jest w rzeczywistości. Jest to tzw. efekt latającej monety. Dzieje się tak ponieważ promienie odbite od monety są załamywane, kiedy opuszczają wodę i dzięki temu możemy je zobaczyć.
Efekt latającej monety.






Pryzmat:

Wiecej na stronie: http://fiznet.terramail.pl/zalamanie.htm

załamanie światła ,odbicie

APPLET o załamaniu światła

FALOWA NATURA ŚWIATŁA

KORPUSKULARNO-FALOWA NATURA ŚWIATŁA

Dualizm korpuskularno-falowy wynika z równania de Broglie'a l = h/p, gdzie h - stała Plancka, a p - pęd elektronu. Zgodnie z jego założeniem poruszającą się cząstkę elementarną można uznać za falę o długości zależnej od wielkości jej pędu i na odwrót, kwantowi promieniowania elektromagnetycznego (np. światła, X, g) można przypisać pęd zależny od długości fali. Teoria de Broglie'a znalazła potwierdzenie w eksperymentach Davissona i Germera. Puszczali wiązkę elektronów na kryształ niklu co wywoływało wtórną emisję elektronów z kryształu. Liczbę elektronów wysyłanych w różnych kierunkach określano za pomocą kolektora - płytki metalowej, która zbierała padający na nią elektrony. Kolektor można było obracać dookoła kryształu. Przez przypadek doszło do utlenienia jednej z tarcz niklu. Ogrzano ją więc, aby usunąć powstałą warstwę tlenku niklu. Następnie dokonywano doświadczeń z tą tarczą. Okazało się, że wyniki tych doświadczeń były zupełnie inne niż wcześniejszych. Sposób oczyszczania tarczy spowodował, iż zmieniła się ona w duży monokryształ. Elektrony z takiej tarczy były emitowane we wszystkich kierunkach, jednak pod pewnymi kątami obserwowano zwiększoną emisję. Jeżeli elektrony miałyby rzeczywiście naturę falową to podlegałyby one podobnie jak wiązka światła dyfrakcji. I rzeczywiście to właśnie przejaw dyfrakcji elektronów zaobserwowali Davisson i Germer. Z drugiej strony korpuskularny charakter światła przejawia się w zjawisku fotoelektrycznym lub Comptona, w których kwant światła przekazuje pęd cząstce, tracąc energię i zwiększając długość fali.
Newton był twórcą tzw. korpuskularnej teorii światła. Twierdził, że światło składa się z drobnych cząsteczek - korpuskuł, które przemieszczają się z ogromnymi prędkościami (cząstki te wpadając do oka, wywołują wrażenie światła). Dzięki temu światło "podróżuje" po liniach prostych i powoduje powstawanie ostrego cienia. Można było wyjaśnić także, dlaczego lustra odbijają światło - korpuskuły odbijają się od szkła niczym piłki od ściany. Według Newtona zjawisko załamania światła spowodowane jest tym, że korpuskuły szybciej poruszają się w szkle i wodzie niż w powietrzu. Teoria Newtona wyjaśniała również, dlaczego światło może rozchodzić się w próżni.
Według niej światło jest strumieniem bardzo szybko pędzących cząstek - korpuskuł wylatujących ze źródła. Newton nie tylko opracował teorię światła, ale i wykonał poważną pracę doświadczalną. W połowie XVII wieku panował pogląd, że światło jest bezbarwne, a barwy widzimy dzięki temu, że światło w jakiś sposób wydobywa je z przedmiotów i przekazuje oku. Doświadczenia Newtona z pryzmatem nasuwały przypuszczenia, że światło białe, słoneczne jest mieszaniną wielu barw - jest kolorowe.
Huygens w roku 1690 ogłosił swoją falową teorię światła, według której światło polega na ruchu fal rozchodzących się podobnie jak fale w ciałach sprężystych, niosąc ze sobą energię. Wykazał, że falowa natura światła bezproblemowo wyjaśnia zjawisko rozszczepiania światła białego w pryzmacie (powstawanie widma światła białego). Każdej barwie, wg Huygensa, odpowiada inna długość fali. Jeśli światło "podróżuje" wolniej przez szkło i wodę niż przez powietrze, wówczas wielkość załamania zależy od długości fali - im mniejsza długość fali, tym większe załamanie światła. Gdy rozważy się dalej ogromną szybkość, z jaką światło rozchodzi się we wszystkie strony, i jak promienie światła, przychodzące z różnych, nawet przeciwnych stron, bez przeszkód się przenikają, wtedy łatwo będzie zrozumieć, że kiedy widzimy świecący przedmiot, to na pewno nie dlatego, że przedmiot ten wysyła jakąś materię wędrującą w powietrzu jak kula czy strzała. Światło rozchodzi się zatem w jakiś inny sposób, jest on podobny do sposobu roznoszenia się dźwięku w powietrzu. Jednym z koronnych argumentów Huygensa było przenikanie się dwu wiązek światła - nie mógł przyjąć do wiadomości, że cząsteczki światła (według Newtona) przenikają się wzajemnie i nie powoduje to żadnych zaburzeń. Natomiast możliwe było wzajemne przenikanie fal. Przez analogię między rozchodzeniem się dźwięku i światła, Huygens doszedł do wniosku, że do rozchodzenia się światła potrzebny jest ośrodek, w którym będą występować lokalne zagęszczenia i rozrzedzenia światła (jak dźwięk rozchodzący się w powietrzu). Powietrze nie mogło być tym ośrodkiem, ponieważ światło rozchodziło się w próżni, dlatego przyjął, że przestrzeń między Ziemią, a Słońcem wypełnia pewien ośrodek, który nazwał eterem kosmicznym. Hipoteza o podobieństwie fal dźwiękowych i światła okazała się bardzo użyteczna, wyjaśnił za jej pomocą zjawiska odbicia i załamania światła. Również z jego teorii wynika zupełnie inny fakt, niż głosił Newton - prędkość światła w wodzie lub szkle jest mniejsza niż prędkość światła w powietrzu. Teoria Newtona tłumaczyła wszystkie znane wówczas zjawiska optyczne, tak więc o teorii Huygensa zapomniano.
Teoria korpuskularna Newtona panowała aż do początku XIX wieku, kiedy to zaobserwowano dyfrakcję i interferencję światła. Oba te zjawiska świadczą o falowej naturze światła. Do łask wróciła więc teoria falowa światła Huygensa, chociaż problem eteru kosmicznego nadal pozostał.
Po ogłoszeniu w roku 1867 przez Maxwella teorii fal elektromagnetycznych stało się jasne, że światło to też fala elektromagnetyczna, która nie potrzebuje do rozchodzenia się w przestrzeni żadnego ośrodka materialnego. Problem eteru kosmicznego zniknął.
Było tak do końca XIX wieku, kiedy to odkryto nowe zjawiska (np. zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne), których nie udało się wytłumaczyć za pomocą falowej teorii światła. W roku 1905 Einstein podał wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego, zakładając, że światło rozchodzi się w postaci określonych porcji energii, zwanych kwantami. Powstała w ten sposób nowa teoria kwantowa światła, w której można znaleźć nawiązanie do dawnej teorii korpuskularnej Newtona.