Определение показателя преломления жидкости при помощи рефрактометра: Учебно-методическая разработка лабораторной работы по курсу "Медицинская и биологическая физика", страница 3

Полное внутреннее отражение возможно при прохождении света из стекла (оптически более плотная среда) в воздух ( оптически менее плотная среда) и невозможно при его прохождении из воздуха в стекло.

По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча падает, а интенсивность отраженного луча возрастает.

Рис.3 Возникновение полного внутреннего отражения

Не следует думать, что при достижении предельного угла r_o интенсивность выходящих лучей скачком обращается в нуль. В действительности, по мере роста угла r интенсивность выходящего (преломленного) луча непрерывно убывает, а интенсивность отраженного луча непрерывно возрастает. При r >r_o интенсивность отраженного луча становится равной интенсивности падающего луча, а луч, выходящий из из среды, исчезает полностью. 

Скорость распространения света в среде и, соответственно, коэффициент преломления света в среде зависит от длины волны падающего света. Поэтому, при прохождении немонохроматическим светом (светом, содержащим разные длины волн) границы раздела двух сред, свет преломляется под разными углами, в зависимости от длины волны. Это явление называется дисперсией света.

Явление полного внутреннего отражения света в природе и медицине

Природной волоконнооптической системой является сетчатка глаза, поскольку светочувствительные элементы – палочки и колбочки – представляют весьма тонкие светопроводящие волоконца. В последние годы растет убеждение, что волоконнооптические элементы встречаются в природе значительно чаще, чем считали раньше.

Недавно выяснили, что полное внутреннее отражение существенно для роста растений. Элементом, чувствительным к свету у растений является пигмент фитохром. Красный свет с l»660 нм переводит молекулу фитохрома в активное состояние, в результате чего запускаются биохимические реакции, приводящие к росту растения, его ориентировке и т.д. Естественно было искать молекулы фитохрома в наземной части растения. Однако у злаков, например, у овса, фасоли концентрация фитохрома в клетках, находящихся на 2-3 см ниже земли оказалась в 10 раз больше, чем в клетках находящихся под землей. Поэтому после скашивания эти растения активно растут. Как же свет попадает в эти клетки? Оказалось, что световодом служит стебель овса. Который проводит свет на 4-5 см.

Приборы, с помощью которых определяют показатель преломления света, называются рефрактометрами. В рефрактометрах используется зависимость предельного угла полного внутреннего отражения от показателя преломления вещества. Рефрактометры используются в медицине для определения концентрации растворенного вещества (концентрации белка в сыворотке крови, концентрации раствора сахара и т.д.)

Волоконная оптика – раздел оптики, в котором рассматривается передача и изображения по световодам и волноводам оптического диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон. Волоконная оптика возникла в 50-х годах ХХ века.

В волоконно-оптических деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность элементов изображения, каждый из которых  передается по своей световедущей жиле. В волоконных деталях обычно применяют стеклянное волокно, световедущая жила которого (сердцевина) окружена стеклом оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи, падающие под соответствующими углами, претерпевают полное внутреннее отражение и распространяются по световедущей жиле.