2-amaliy ish. Optik tola turlari. Bir modali va ko’p modali optik tolalar

6.3. Yorug‘likning optik tola bo‘ylab tarqalish qonuniyatlari
yorug‘likning sinish jarayoni

Optika qonuniyatlari yorug‘lik nurining birjinsli muhitda to‘g‘ri chiziq bo‘yicha tarqalishiga, tola muhiti bilan o‘zaro ta’sirlashuviga va tolaning xossalariga, ya’ni uning barcha yo‘nalishlarda bir xil xususiyatga ega ekanligiga asoslangan. Bu qonuniyatlarga yorug‘likning qaytish/sinish qonunlari va ularga asoslangan hodisalar kiradi.

Yorug‘lik bir muhitdan boshqasiga o‘tganida uning tarqalish tezligi o‘zgaradi. To‘lqin nazariyasi nuqtai nazaridan bu harakat yo‘nalishining o‘zgarishiga olib keladi. Bu hodisa - yorug‘likning to‘g‘ri yo‘nalishdan og‘ishi - sinish deb ataladi.
Sinish hodisasini prizmaga tushgan yorug‘lik nuri misolida ko‘rib chiqamiz (2.8-rasm).

Sinish

Qizil

Sinish

To’q qizil

Yashil

Sariq

Xavo rang

Binafsha rang

2.6-rasm. Prizmada yorug‘likning sinishi

Prizmaga oq yorug‘lik tushirilganda, prizma bu yorug‘likni sindiradi va kamalakning turli ranglariga ajratadi. Qizil rang eng kuchli og‘adi va kichik tarqalish tezligiga ega. Sinish prizma kirishida bo‘lganidek, uning chiqishida ham xosil bo‘ladi [1].

Optik toladan signallarning uzatilish jarayonida ham yuqorida ko‘rib chiqilgan sinish hodisasi ro‘y beradi. Bu haqida quyida batafsilroq to‘xtalamiz.


Yorug‘likning to‘liq ichki qaytishi

Yorug‘lik nuri sindirish ko‘rsatkichi kichik muhitdan sindirish ko‘rsatkichi katta muhitga o‘tganida, ikki muhit chegarasida og‘adi va muayyan shart bajarilganida ikki muhit chegarasidan to‘liq qaytadi. Bu hodisa yorug‘likning to‘liq ichki qaytishi (TIQ) hodisasi deb ataladi. TIQ hodisasi optik signallarning yorug‘lik uzatgichi bo‘ylab tarqalishining fizik asosi hisoblanadi. Uni amalga oshirish uchun optik tola o‘zagining sindirish ko‘rsatkichi n₁ qobiqning sindirish ko‘rsatkichi n₂ dan katta bo‘lishi kerak.

O‘zak va qobiq tayyorlanadigan materiallarning sindirish ko‘rsatkichlari nisbatini maqbul tarzda tanlash orqali yorug‘lik nurining qobiq va o‘zak chegarasidan to‘liq ichki qaytishiga erishiladi va nurning faqat optik tola o‘zagi bo‘ylab zigzagsimon ko‘rinishida tarqalishi ta’minlanadi.
Masalan, sindirish ko‘rsatkichlari optik tola uchun xos bo‘lgan n₁=1,48, n₂=1,46 qiymatlariga ega bo‘lsin. U holda yorug‘lik nurining to‘liq ichki qaytishiga mos kelgan kritik tushish burchagini quyidagi munosabat bilan aniqlash mumkin:

Ө_kr = arc sin (1,46 / 1,48) = arc sin (0,9864) = 80,6⁰.

Sindirish ko‘rsatkichlari shunday nisbatga ega, kritik tushish burchagi Ө_kr=80,6⁰ ga teng yoki undan katta, masalan Ө₂=81⁰ bo‘lganida nur ikkinchi muhitga o‘tmay, boshlang‘ich muhitga to‘liq ichki qaytadi. Yorug‘lik signallarining optik tola bo‘ylab tarqalishi ana shu prinsipga asoslangan. 2.9-rasmda optik signallarning sindirish ko‘rsatkichlari va tushish burchagi ana shunday qiymatlarga ega bo‘lgan optik tola bo‘ylab tarqalish jarayonlari ko‘rsatilgan.

3

3

2

1

Ө₂=81⁰

Ө₁=81⁰

Ө_кр=80,6⁰

2.7-rasm. Optik tolada to‘liq ichki qaytish jarayoni

Chizmadan ko‘rinadiki, kritik burchakdan katta (Ө > Ө_kr) burchak ostida o‘zak-qobiq chegarasiga tushgan nurlar (nur 1) chegaradan to‘liq ichki qaytadi. Tushish va sinish burchaklari o‘zaro teng Ө₁ = Ө₂ bo‘lgani uchun, 1-nur takroriy qaytishlarga uchrab, o‘zak muhiti bo‘ylab zigzagsimon traektoriya bo‘yicha tarqaladi.

Ideal holda yorug‘likning sochilishi va nolinchi dispersiya bo‘lmaganda 1-nur o‘zak bo‘ylab istalgan masofaga tarqalishi mumkin [6].
Bu nur yo‘nalgan nur (moda) deyiladi.
2-nur Ө_kr burchak ostida tushib, sinadi va o‘zak-qobiq chegarasi bo‘ylab tarqaladi.
Ө < Ө_kr ostida tushgan 3-nur esa, sinadi va uning bir qismi qobiq chegarasiga tushib, qobiq bo‘ylab tarqalishida so‘nadi yoki qobiqdan tashqariga chiqib ketadi. Ular nurlanuvchi nurlar deyiladi.