Какие способы передачи воздействий вы знаете оптика

Оптика

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Останавливаться подробно на подобных воззрениях сейчас, разумеется, нет необходимости. Мы проследим вкратце за развитием научных представлений о том, что такое свет.

Два способа передачи воздействий света

От источника света, например от лампочки, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, вызывая, в частности, их нагревание. Попадая в глаз, свет вызывает зрительные ощущения — мы видим. Можно сказать, что при распространении света происходит передача воздействий от одного тела (источника) к другому (приемнику).

Вообще же действие одного тела на другое может осуществляться двумя способами: либо посредством переноса вещества от источника к приемнику, либо же посредством изменения состояния среды между телами (без переноса вещества).

Можно, например, заставить звучать струну, ударив по ней, а можно поместить около нее такую же струну, возбудив в ней колебания (рис. 8.1). Тогда звуковые волны второй струны, дойдя до первой, вызовут ее звучание.

Корпускулярная и волновая теории света

В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совершенно различные теории о том, что такое свет, какова его природа. Причем возникли они почти одновременно в XVII в.

Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, другая — с именем Гюйгенса.

Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет — это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).

Согласно же представлениям Гюйгенса свет — это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде — эфире, заполняющем все пространство и проникающем внутрь всех тел.

Обе теории длительное время существовали параллельно. Ни одна из них не могла одержать решающей победы. Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории. Известные в то время из опыта законы распространения света более или менее успешно объяснялись обеими теориями.

На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться. Волновая же теория это легко объясняла. Волны, например на поверхности воды, свободно проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимного влияния.

С другой стороны, прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить на основе волновой теории. По корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.

Источник

Принцип передачи света по оптоволокну

1.1 Оптическая связь

Принцип системы оптической связи заключается в передаче сигнала через оптоволокно к удаленному приёмнику. Электрический сигнал преобразуется в оптический и в таком виде передаётся на расстояние. В приёмном устройстве он обратно переходит в исходную электрическую форму. У волоконно-оптической связи есть множество преимуществ перед другими типами передачи информации, такими как медные жилы и системы радиосвязи.

• Сигнал может быть передан без регенерации на большое расстояние (200 км).

• Оптоволоконная передача не чувствительна к электромагнитным помехам. Кроме того, волокно не проводит электричество и фактически нечувствительно к радиочастотной интерференции.

• Оптические системы обеспечивают большее количество каналов чем физические цепи.

• Оптический кабель намного легче и тоньше чем кабель с металлическими жилами и волокна занимают в нём небольшой объём. Например, один оптоволоконный кабель может содержать 144 волокна.

• Оптическое волокно очень надёжно.

• У оптического волокна срок эксплуатации больше 25-и лет (по сравнению с 10 годами систем спутниковой связи).

• Рабочие температуры для оптического волокна изменяются, но они обычно они лежат в диапазоне от -40° до +80°C

Группа факторов ухудшают пропускание света в оптической системе связи:

1. Затухание: Поскольку световой сигнал перемещается через волокно, он теряет мощность из-за поглощения, рассеивания, и других потерь. С некоторым расстоянием мощность сигнала может уменьшиться до уровня собственных шумов приёмника.

2. Пропускная способность: Оптоволокно имеет ограниченный частотную полосу пропускания и если световой сигнал использует несколько частот, то это явление уменьшает информационную пропускную способность.

3. Дисперсия: Импульсы света распространяющиеся в волокне расширяются и тем ограничивают информационную пропускную способность на высоких скоростях передачи или укорачивается её расстояние.

1.2 Строение оптоволокна

Оптический волновод это тонкая стеклянная нить, окруженная пластиковым защитным покрытием. Нить оптоволокна состоит из двух частей: внутренняя сердцевина и наружная оболочка. Свет, введенный в стеклянную сердцевину проходит в ней многократно отражаясь от её границы с оболочкой.

Строение оптического волокна

1.3 Принципы передачи

Луч света вводится в волокно под малым углом α. Возможность оптоволокна принять свет в сердцевину (максимальное приемлемое значение угла) определяется его числовой апертурой (NA)

Где α₀ — максимальный угол ввода (то есть, предельный угол между осью и углом полного отражения сердцевины), n₁ показатель преломления сердцевины и n₂; показатель преломления оболочки.
Ввод света в оптоволокно

Полный приемный конус оптического волокна определяется как 2α₀

1.3.1 Распространение света в оптоволокне

Распространение луча света в оптическом волокне происходит по закону Снелла-Декарта. Часть света вводится через полный приемный конус оптоволокна.

1.3.1.1 Преломление

Явление преломления выражается в изменении угла прохождения луча света через границу двух сред. Если α > α₀, то луч полностью преломляется и выходит из сердцевины.

Преломление света

1.3.1.2 Отражение

Отражение является изменением направления светового луча на границе между двумя средами. В этом случае, световой луч возвращается в сердцевину, из которой он произошел.

1.3.2 Скорость

Скорость с которой свет перемещается через среду передачи определяется показателем преломления этой среды. Показатель преломления среды (n) является коэффициентом отношения скорости света в вакууме к скорости света в этой среде.

Где n является показателем преломления среды передачи, с скорость света в вакууме (2.99792458 · 10 8 м\с), и v скорость света в среде передачи.

Типичные значения n для стекла используемого в качестве оптоволокна лежит между 1.45 и 1.55. Как правило, чем выше показатель преломления, тем меньше скорость в среде передачи.

Сравнение скорости прохождения света через различные среды

Значения типичного показателя преломления разных производителей и различных типов оптоволокна:

• Corning® LEAF®
n = 1.468 в 1550 нм
n = 1.469 в 1625 нм

• OFS TrueWave® REACH
n = 1.471 в 1310 нм
n = 1.470 в 1550 нм

1.3.3 Пропускная способность

Пропускная способность зависит от ширины частотного диапазона, на котором способно работать оптическое волокно. Пропускную способность волокна определяет максимальная информационная емкость канала, который может быть передан вдоль волокна по данному расстоянию. Пропускная способность вырается в МГц o км. В многомодовом оптоволокне пропускная способность, главным образом, ограниченна модовой дисперсией; тогда как такое ограничение отсутствует для одномодовых волокон.

Пропускная способность оптической линии в зависимости от типа волокна

Неофициальный перевод книги Reference Guide to Fiber Optic Testing. Second edition. 2011 J. Laferriere, G. Lietaert, R. Taws, S. Wolszczak. Англоязычный вариант книги доступен в сети Интернет и состоит из трёх частей: две части — основной материал и третья часть — глоссарий. На данный момент книга переведена не вся и материал будет дополняться в процессе. Заранее извиняюсь за ошибки перевода. Со страниц сайта доступны главы:

Источник

Оптика

Презентация: «Оптика». Автор: . Файл: «Оптика.ppt». Размер zip-архива: 1374 КБ.

Оптика

Оптика

Учебно-методическое пособие для студентов

Преподаватель ОБОУ СПО «Курский автотехнический колледж» Авдулова Ирина Васильевна

Содержание

Оптика Источники света Фотометрия Световой поток Световой пучок. Световой луч. Сила света. Освещенность. Нормы освещенности

Оптика

Ответить на вопросы: Какие способы передачи воздействий существуют? Приведите примеры. Какие теории по изучению света были выдвинуты и чем они отличались? Что называют геометрической оптикой? Основное положение геометрической оптики.

Раздел физики, изучающий световые явления, получил название оптики (от греч. «оптикос» зрительный), а световые явления обычно называются оптическими.

Работа с учебником Физика 11кл., Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буханцев стр. 168 – 170.

Способы передачи воздействий

Перенос вещества от источника к приемнику. (ударить по струне) Измерение состояния среды между телами (без переноса вещества). (две струны поместить рядом и звуковые волны от первой струны дойдя до второй вызовут ее звучание)

Корпускулярная и волновая теории света

Изучением данной теории занимался Ньютон Свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества) Затруднения: Почему световые пучки, пересекаются в пространстве

Изучением данной теории занимался Гюйгенс Свет – это волны, распространяющиеся в особой гипотетической среде — эфире, заполняющем все пространство проникающем внутрь всех тел Затруднения: Прямолинейное распространение и образование теней

Во второй половине XIX века – свет рассматривали как волну.

В начале XX века представления о природе сета изменились. Свет при излучении и поглощении ведет себя подобно потоку частиц

Явления интерференции и дифракции можно было объяснить, если свет

Интерференция света сложение световых волн

Дифракция света огибание малых препятствий.

Явления излучения и поглощения можно было объяснить, если свет считать потоком частиц

Излучение света процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

Поглощение света уменьшение интенсивности излучения света

Геометрическая оптика

Основное положение геометрической оптики

Раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, законы отражения света от зеркальных поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах.

Свет распространяется прямолинейно

Верно

Фотометрия

ФОТОМЕТРИЯ (греч. phot?s — свет и metr?o — измеряю)

раздел ОПТИКИ в котором изучают способы измерения световой энергии.

В основе фотометрии как науки лежит разработанная теория светового поля

Световое поле — область пространства, заполненная светом.

Световой поток

Величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени называется световым потоком

количество энергии [Дж]

Время [с, мин., Часы]

Световой поток [лм] (люмен)

Световой пучок

Световой пучок – это поток световой энергии

Световой луч – это направление, по которому распространяется энергия

Часть светового потока, ограниченная конической или циклической поверхностью, называется световым пучком

Световой луч линия, по направлению которой распространяется световой пучок

Телесный угол

Часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью, называется телесным углом .

Телесный угол измеряется частью сферической поверхности ABCDEF

Площадь сферы [м2]

Телесный угол [ср] (стерадианом)

Сила света

Величина, измеряемая количеством энергии, которое излучается источником света за единицу времени внутри телесного угла, называется силой света

Световой поток [лм] (люмен)

Телесный угол [ср] (стерадианом)

Сила света [кд] (кандела)

Величина, измеряемая количеством световой энергии, подающей на единицу поверхности тела за одну секунду, называется освещенностью

Световой поток [лм] (люмен)

Площадь поверхности [м2]

Освещенность [лк] (люкс)

Нормы освещенности

Для сохранения зрения и создания нормальных условий труда необходимо поддерживать наиболее благоприятную освещенность. Оптимальные нормы освещенности (лк) На рабочем месте для тонких работ . 200 Для чтения . 100 На рабочем месте для грубых работ . 30 В коридорах и на лестницах. 15 Проходы в помещениях. 10 На улицах и площадях. 4 Во дворах и подъездах. 2 Весьма специфические требования предъявляются к освещенности операционного поля в хирургии. Падающий на операционное поле свет должен создавать равномерную оптимальную освещенность при минимальном тепловом эффекте, не утомлять врача и не создавать тени. Для этой цели применяются лампы специальной конструкции, так называемые бестеневые лампы.

Источник

Какие способы передачи воздействий вы знаете оптика

«Физика — 11 класс»

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны.
Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов.
Останавливаться подробно на подобных воззрениях сейчас, разумеется, нет необходимости.
Как происходило развитие научных представлений о том, что такое свет.

Два способа передачи воздействий

От источника света, например от лампочки, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, вызывая, в частности, их нагревание.
Попадая в глаз, свет вызывает зрительные ощущения — мы видим.
Можно сказать, что при распространении света происходит передача воздействий от одного тела (источника) к другому (приемнику).

Вообще же действие одного тела на другое может осуществляться двумя способами: либо посредством переноса вещества от источника к приемнику, либо же посредством изменения состояния среды между телами (без переноса вещества).

Можно, например, заставить звучать струну, ударив по ней, а можно поместить около нее такую же струну, возбудив в ней колебания.
Тогда звуковые волны второй струны, дойдя до первой, вызовут ее звучание.

Корпускулярная и волновая теории света

В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника к приемнику возникли и начали развиваться две совершенно различные теории о том, что такое свет, какова его природа.
Причем возникли они почти одновременно в XVII в.

Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, другая — с именем Гюйгенса.

Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет — это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).

Согласно же представлениям Гюйгенса свет — это волны, распространяющиеся в особой, гипотетической среде — эфире, заполняющем все пространство и проникающем внутрь всех тел.

Обе теории длительное время существовали параллельно.
Ни одна из них не могла одержать решающей победы.
Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории.
Известные в то время из опыта законы распространения света более или менее успешно объяснялись обеими теориями.

На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга.
Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться.
Волновая же теория это легко объясняла.
Волны, например на поверхности воды, свободно проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимного влияния.

С другой стороны, прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить на основе волновой теории.
По корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.

Такая неопределенность во взглядах на природу света господствовала до начала XIX в., когда были впервые изучены явление огибания светом препятствий (дифракция) и явление усиления или ослабления света при наложении световых пучков друг на друга (интерференция).
Эти явления присущи исключительно волновому движению.
Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя.
Поэтому казалось, что волновая теория одержала окончательную и полную победу.

Такая уверенность особенно окрепла, когда Максвелл во второй половине XIX в. доказал, что свет — это частный случай электромагнитных волн.
Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.

После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось.
Нет их и сейчас.

Однако в начале XX в. представления о природе света начали, тем не менее, коренным образом меняться.
Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности.
Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.

Были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые, свойства света.
Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, если считать свет волной, а явления излучения и поглощения — если считать свет потоком частиц.
В этой связи вспомним прежде всего, что нам было известно о свете раньше из курса физики.

Геометрическая и волновая оптика

При первоначальном ознакомлении в курсе физики с оптическими явлениями было введено понятие светового луча, как линии, перпендикулярной фронту волны и указывающей направление, в котором свет переносит энергию.

Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света в прозрачных средах и законы его отражения от зеркальных поверхностей на основе представления о световом луче.
Одним из основных положений геометрической оптики является положение о прямолинейности распространения света.
Законы преломления и отражения света были установлены экспериментально задолго до выяснения природы света.
Однако они могут быть выведены на основе волновой теории в случае, если длина волны света много меньше размеров препятствий, расположенных не очень далеко от места наблюдения.

Одним из основных положений геометрической оптики является положение о прямолинейности распространения света.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Световые волны. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник