Täielik sisepeegeldus

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Täielik sisepeegeldumine)
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Valguskiirte peegeldumine ja murdumine optiliselt tihedamast keskkonnast (n1) hõredamasse keskkonda (n2).
*Kui valguskiire langemisnurk θ3 on suurem kui täieliku peegeldumise piirnurk θc, leiab aset täielik peegeldumine (punased kiired).
*Kui valguskiire langemisnurk on täieliku peegeldumise piirnurgaga võrdne, kulgeb kiir küll piki keskkondade lahutuspinda (murdumisnurk θ2 90°), kuid peegeldub siiski täielikult (kollased kiired).
*Piirnurgast väiksema nurga θ1 all langev valgus osaliselt murdub ja osaliselt peegeldub (joonisel pole peegelduvat osa näidatud)

Täielik sisepeegeldus (lühemalt täielik peegeldus) on valguse peegeldumine kahe läbipaistva keskkonna lahutuspinnal, kui valguskiir kulgeb optiliselt tihedamast keskkonnast hõredamasse keskkonda (näiteks veest või klaasist õhku) ja seejuures on valguskiire langemisnurk suurem kui täieliku peegeldumise piirnurk või sellega võrdne.

Kui laine murdumisnäitaja on madalam teisel pool lahutuspinda ja langemisnurk on suurem piirnurgast, siis laine ei pääse läbi ning on täielikult peegeldunud. Piirnurgast suurema langemisnurgaga kiired läbivad täieliku sisepeegelduse. See on väga tavaline nähtus optikas, kus see on valguslainetega seotud, kuid nähtus esineb ka muud tüüpi lainetes, näiteks elektromagnetlainetes ja helilainetes. Kui laine jõuab keskkondade lahutuspinnale, millel on erinevad murdumisnäitajad, siis laine tavaliselt osaliselt murdub ning osaliselt peegeldub tagasi. Kui aga langemisnurk on suurem (laine liikumissuund on peaaegu paralleelne keskkondade lahutuspinnaga) piirnurgast, siis kogu laine peegeldub täielikult tagasi. See saab siiski toimuda vaid siis kui laine levib keskkonnast, millel on suurem murdumisnäitaja keskkonda, millel on väiksem murdumisnäitaja . Näiteks nähtus esineb kui valgus murdub õhust klaasi, kuid mitte klaasist õhku.

Optiline seletus[muuda | muuda lähteteksti]

Täieliku sisepeegeldumist ning piirnurga asukohta on kõige lihtsam näidata klaasist või plastikust paksu poolringiga. Laseriga suunatakse kitsas valguskiir täisnurga all klaasi pinnale. Klaasi/õhu lahutuspinnal toimuvad muutused on seotud klaastüki nurgaga kiire suhtes. Kui on piirnurk, siis järgmised kaks võimaliku varianti kirjeldavad olukorda vastavalt langemisnurgale.

Kui , siis valguskiir murdub, osa kiirest peegeldub tagasi esialgsesse keskkonda ning osa valgusest läheb läbi. Tegemist pole täieliku sisepeegeldumisega.

Kui , siis kogu valguskiir peegeldub lahutuspinnast tagasi. Valgus läbi ei lähe. Tegemist on täieliku sisepeegeldumisega.

Piirnurk[muuda | muuda lähteteksti]

Piirnurk on on langemisnurk mille korral murdumisnurk on . Langemisnurka mõõdetakse lahutuspinna normaalist (vaata joonist 1). Olgu valguskiir liikumas klaasist õhku. Valgus, mis väljub kahe keskkonna piirpinnalt on murdunud klaasi poole. Kui langemisnurka piisavalt tõsta, siis ühel hetkel läbiv nurk (õhus) on . Selles punktis enam õhku ükski kiir ei jõua. On saavutatud piirnurk.

Piirnurk avaldatakse Snelli seadusest:

Paigutades Snelli seadust pisut ümber saame langemisnurga:

Selleks, et avaldada piirnurka tuleb leida väärtus , kui ehk . Saadud tulemus ongi piirnurk , ehk:

Kui langev kiir on täpselt piirnurgaga, siis peegeldunud kiir puutub keskkondade lahutuspinda. Näiteks kui nähtava valguse kiir levib akrüülist (murdumisnäitaja on 1,50) õhku (murdumisnäitaja on 1,00), siis valem annaks piirnurgaks akrüülist õhku:

Valgus, mis langeb väiksema nurgaga kui oleks seega osaliselt läbiv, kuid kui langemisnurk lahutuspinna normaali suhtes on suurem kui piirnurk, siis toimuks täielik sisepeegeldus.

Kui murd on suurem kui 1, siis pole defineeritud – täieliku sisepeegeldumist ei toimu isegi väga suurte nurkadega. Seega piirnurk on ainult siis defineeritud, kui kehtib seos

Kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Täieliku sisepeegeldumine on optiliste kaablite tööpõhimõte. Optilisi kaableid kasutatakse näiteks endoskoopides ja valguskaablites (telekommunikatsioon)[1].

Täielikul sisepeegeldumisel töötavad automaatsed vihmasensorid, mis kontrollivad kojamehi sõidukitel.

Valguse ruumiline filtreerimine on samuti täieliku sisepeegeldamise tõttu võimalik.[2]

Binoklites olevad prismad kasutavad peegelduvate katete asemel just täieliku sisepeegeldust selleks, et murda optilisi teekondi ning näidata püstist pilti.

Optilised sõrmejäljelugerid kasutavad täieliku sisepeegeldumist, et salvestada digitaalselt inimese sõrmejälg ning seda ilma tinti kasutamata.

Näiteid igapäevaelust[muuda | muuda lähteteksti]

Täieliku sisepeegeldust on hästi näha õhu ja vee piiril. Kui rahulikus veekogus ujudes avada veepiiri all silmad, siis altpoolt vaadates on kogu veepind justkui peegel. (Seda välja arvatud ujuja pea kohal nn Snelli aknas).

Teemant, mida kasutatakse ehetes, on tihtipeale lihvitud nii, et püüda võimalikult palju valgust, nii et tekiks täielik sisepeegeldus just teemandi tagaküljel[3]. Teemandil on tavalisest suurem murdumisnäitaja ning see annab väikese piirnurga, mis lubab peaaegu kogu valguse, mis siseneb teemanti, ka tagasi peegeldada. Nii optimeeritakse teemandi lõikamist ning toodetakse briljante.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Boundless (2016-05-26). "Total Internal Reflection and Fiber Optics". Boundless.
  2. Moreno, Ivan; J. Jesus Araiza; Maximino Avendano-Alejo (2005). "Thin-film spatial filters" (PDF). Optics Letters. 30 (8): 914–916. Bibcode:2005OptL...30..914M. doi:10.1364/OL.30.000914. PMID 15865397.
  3. Total Internal Reflection: Diamonds & Fiber Optics". laser.physics.sunysb.edu. Retrieved 2017-09-04

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]