Struktura

Totální odraz

Úplný (totální) odraz

Při dopadu světla na rozhraní dvou různých prostředí může, v závislosti na úhlu dopadu, dojít ke dvěma jevům:

  • část  dopadajícího světla může vstoupit do druhého prostředí, kde dojde k jeho lomu a zbývající část světla je odražena zpět do původního prostředí (Fresnelův odraz)

  • nebo může dojít k totálnímu odrazu, kdy všechno dopadající světlo je odraženo zpět do původního prostředí, do druhého prostředí nevstupuje žádné světlo

Tento jev je velmi důležitý pro pochopení činnosti optických vláken, princip je znázorněn na obrázku

obrazek

Obr. 1: Totální odraz

Úhel dopadu, při kterém dojde k lomu po rozhraní prostředí, nazýváme mezní úhel, úhel lomu je v tomto případě 90 stupňů. Je-li úhel dopadu větší než mezní úhel, tak se paprsek bude lámat pod úhlem větším než 90 stupňů a bude se vracet zpět do prostředí, ze kterého přišel. Totální odraz nastává, pokud paprsek prochází z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího.

Pomocí Snellova zákona můžeme definovat mezní úhel takto:

sin xi = (nr / ni ) · sin xr

Je-li xi mezní úhlem xc, potom xr =90°

Protože sin 90° =1, můžeme psát:

sin xi = sin xc = nr / ni

Mezní úhel je závislý na indexech lomu prostředí. Například pro přechod ze skla do vzduchu můžeme vypočítat:

sin xc =1,0003/1,5 = 0,6624

sin xc = 41,5°

Přenosové ztráty

Při přenosu světla z jednoho místa na druhé libovolným prostředím (s výjimkou vakua) dochází vždy ke ztrátám energie.

Příčinou přenosových ztrát jsou:

  • absorpce (pohlcení)

  • disperze (rozptyl)

  • Rayleighův rozptyl

  • Fresnelův odraz

  • difúzní odraz

Tyto pojmy budou vysvětleny v následujících kapitolách.

Zdroje

Obrázky:

  • Obr. 1: Archiv autora
  • Obr. 2: Archiv autora

Obrázek

Content obrazek009

Obr. 2: Na principu totálního odrazu pracuje optické vlákno typu stepindex. Červený paprsek nesplnil podmínky pro totální odraz.

Zajímavost

Pokud je splněna podmínka pro totální odraz a přenášené světlo má barvu z viditelné části spektra pozorovatel, který se dívá kolmo na skleněné prostředí s odpovídajícím indexem lomu, nic nevidí. Všechno světlo je přenášeno v prosředí s větším indexem lomu.

Logolink