3. Полное внутреннее отражение. Предельный угол полного отражения. Волоконная оптика. Проникновение волн в оптически менее плотную среду при условии полного внутреннего отражения.

Полное внутреннее отражение, отражение оптического излучения (света) или электромагнитного излучения другого диапазона (например, радиоволн) при его падении на границу раздела двух прозрачных сред из среды с большим преломления показателем (ПП). Полное внутреннее отражение осуществляется, когда угол падения i превосходит некоторый предельный (называется также критическим) угол i_пр. При i > i_npпреломление во вторую среду прекращается. Впервые Полное внутреннее отражение описано И. Кеплером. После открытия Снелля закона преломления стало ясно, что в рамках геометрической оптики Полное внутреннее отражение - прямое следствие этого закона: оно обусловлено тем, что угол преломления j не может превышать 90° (рис. 1). Величина i_пр задаётся условием sini_пр = 1/n, где n - относительный ПП 1-й и 2-й среды. Значения n и, следовательно, i_пр несколько отличаются для разных длин волн (частот) излучения (дисперсия света). При Полное внутреннее отражение электромагнитная энергия полностью (отсюда - «полное») возвращается в оптически более плотную (с большим ПП) среду. Значение отражения коэффициента при Полное внутреннее отражение превосходит его самые большие значения для зеркального отражения от полированных поверхностей и практически с высокой точностью равно 1. Кроме того, этот коэффициент при Полное внутреннее отражение, в отличие от зеркального отражения, не зависит от длины волны излучения (при условии, что для этой длины волны Полное внутреннее отражение вообще имеет место) и даже при многократном Полное внутреннее отражение спектральный состав («цвет») сложного излучения не меняется. Поэтому Полное внутреннее отражение широко используется во многих оптических приборах и экспериментах (см., например, Волоконная оптика, Отражательные призмы, Поляризационные призмы, Световод, см. рис. 2 и 3). Следует, однако, отметить, что энергия электромагнитных волн при Полное внутреннее отражение частично проникает во 2-ю (с меньшим ПП) среду, но затем возвращается обратно.

Предельный угол полного отражения.

Предельный угол полного отражения - угол падения света на границу раздела двух сред, соответствующий углу преломления 90 град. 

Волоконная оптика раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах.

4. Распространение волн в оптически неоднородной среде. Объяснение искривлений лучей. Миражи. Астрономическая рефракция. Неоднородная среда для радиоволн.

Мираж  оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между резко различными по плотности слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещённое относительно предмета. Миражи делят на нижние, видимые под объектом, верхние, — над объектом, и боковые.

Нижний мираж

Наблюдается при очень большом вертикальном градиенте температуры (падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью, часто пустыней или асфальтированной дорогой. Мнимое изображение неба создаёт при этом иллюзию воды на поверхности. Так, уходящая вдаль дорога в жаркий летний день кажется мокрой.

Верхний мираж

Наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры (растёт с её высотой).

Фата-моргана

Сложные явления миража с резким искажением вида предметов носят название Фата-моргана.

Объёмный мираж

В горах очень редко, при стечении определённых условий, можно увидеть «искажённого себя» на довольно близком расстоянии. Объясняется это явление наличием в воздухе «стоячих» паров воды.

Рефракция астрономическая — явление преломления световых лучей от небесных светил при прохождении через атмосферу/ Поскольку плотность планетных атмосфер всегда убывает с высотой, преломление света происходит таким образом, что своей выпуклостью искривленный луч во всех случаях обращен в сторону зенита. В связи с этим рефракция всегда «приподнимает» изображения небесных светил над их истинным положением

Рефракция вызывает на Земле ряд оптико-атмосферных эффектов: увеличение долготы дня вследствие того, что солнечный диск из-за рефракции поднимается над горизонтом на несколько минут раньше момента, в который Солнце должно было бы взойти на основании геометрических соображений; сплюснутость видимых дисков Луны и Солнца близ горизонта из-за того, что нижний край дисков поднимается рефракцией выше, чем верхний; мерцание звезд и др. Вследствие различия величины рефракции у световых лучей с разной длиной волны (синие и фиолетовые лучи отклоняются больше, чем красные) вблизи горизонта происходит кажущееся окрашивание небесных светил.