Εισαγωγή στο φως. Εισαγωγή

Εισαγωγή στο φως Το φως είναι απαραίτητο για όλες σχεδόν τις μορφές ζωής στη Γη. (Σήμερα γνωρίζουμε ότι) Το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Μέσω του φωτός μεταφέρεται ενέργεια από την πηγή στον παρατηρητή. Από τις ιδιότητες του φωτός εξαρτώνται πολλά φαινόμενα. Η παρακολούθηση της τηλεόρασης ή της οθόνης ενός υπολογιστή. Το μπλε χρώμα του ουρανού, τα χρώματα του ουρανού κατά την ανατολή και τη δύση του ήλιου. Τα είδωλα στους καθρέφτες. Τα γυαλιά και οι φακοί επαφής για τη διόρθωση της όρασης. Το ουράνιο τόξο. Εισαγωγή

Η φύση του φωτός Α) Πριν από τις αρχές του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι το φως ήταν ροή σωματιδίων (Νεύτωνας). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα σωματίδια είτε εκπέμπονται από το παρατηρούμενο σώμα είτε πηγάζουν από τα μάτια του παρατηρητή. Β) Christian Huygens (1678): το φως είναι ένα είδος κυματικής κίνησης. Ανακαλύψεις που έγιναν κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα συνέβαλαν στη γενική αποδοχή του κυματικού μοντέλου του φωτός. Ο Thomas Young απέδειξε (1801) ότι οι ακτίνες φωτός συμβάλλουν σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης. Αυτή η συμπεριφορά δεν μπορούσε να ερμηνευτεί με βάση τη σωματιδιακή θεωρία. Ο Maxwell ισχυρίστηκε ότι το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος υψηλής συχνότητας.ο Hertz επιβεβαίωσε τη θεωρία του Maxwell.

Christian Huygens 1629 1695 Είναι γνωστός για τη συνεισφορά του στους τομείς της οπτικής και της δυναμικής. Πίστευε ότι το φως είναι ένα είδος ταλάντωσης. Μια ταλάντωση η οποία διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις και προκαλεί την αίσθηση του φωτός όταν προσπίπτει στο μάτι. Διατύπωσε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης. Εξήγησε το φαινόμενο της διπλής διάθλασης. Ενότητα Ο1.1

Σωματιδιακή φύση του φωτός Ο ίδιος ο Herz, που ανίχνευσε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο εργαστήριο, ανακάλυψε και το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Όταν το φως προσπίπτει σε μεταλλικές επιφάνειες, τότε μερικές φορές οι επιφάνειες εκπέμπουν ηλεκτρόνια. Η κινητική ενέργεια ενός εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου είναι ανεξάρτητη από την ένταση του φωτός. Το κυματικό μοντέλο του φωτός δεν μπορούσε να εξηγήσει αυτό το φαινόμενο. Το 1905, ο Αϊνστάιν πρότεινε μια εξήγηση για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χρησιμοποιώντας την έννοια της κβάντωσης. Σύμφωνα με το μοντέλο της κβάντωσης του φωτός, η ενέργεια του κύματος φωτός ενυπάρχει σε σωματίδια, τα οποία ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια το κάθε φωτονίου είναι: E = hƒ (το h είναι η σταθερά του Planck, η οποία ισούται με 6.63 x 10-34 J.s).

Η διττή φύση του φωτός Με βάση τα παραπάνω, πρέπει να θεωρήσουμε ότι το φως έχει διττή φύση. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το φως παρουσιάζει χαρακτηριστικά κύματος, ενώ σε κάποιες άλλες παρουσιάζει χαρακτηριστικά σωματιδίου. Σε αυτό το κεφάλαιο θα διερευνήσουμε την κυματική φύση του φωτός.

Μετρήσεις της ταχύτητας διάδοσης του φωτός Επειδή το φως διαδίδεται με πολύ μεγάλη ταχύτητα, οι πρώτες προσπάθειες μέτρησής της ήταν ανεπιτυχείς. Ο Γαλιλαίος προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας δύο παρατηρητές που βρίσκονταν σε απόσταση 10 km ο ένας από τον άλλο (ο χρόνος αντίδρασης των παρατηρητών ήταν μεγαλύτερος από τον χρόνο διάδοσης του φωτός).

Μέτρηση της ταχύτητας διάδοσης του φωτός Η μέθοδος του Roemer Το 1671-1675 ο Ole Roemer (Δανός Αστρονόμος) πραγματοποίησε αστρονομικές παρατηρήσεις για να εκτιμήσει την ταχύτητα του φωτός. Χρησιμοποίησε την περίοδο περιφοράς του δορυφόρου Ιώ γύρω από τον πλανήτη Δία κατά την περιφορά του Δία γύρω από τον Ήλιο. Οι περίοδοι περιφοράς ήταν μικρότερες/μεγαλύτερες όταν η Γη πλησίαζε/απομακρυνόταν από τον Δία. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του Roemer, ο Huygens εκτίμησε ότι το κατώτερο όριο για την ταχύτητα του φωτός ισούται με 2.3 x 108 m/s. Το συγκεκριμένο πείραμα ήταν σημαντικό, επειδή έδειξε ότι το φως έχει πεπερασμένη ταχύτητα και επιπλέον έδινε μια εκτίμηση για το μέτρο της.

Μέτρηση της ταχύτητας διάδοσης του φωτός Η μέθοδος του Fizeau Η πρώτη επιτυχής μέθοδος για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός με χρήση αποκλειστικά επίγειων τεχνικών. Αναπτύχθηκε το 1849 από τον Armand Fizeau. Ο Fizeau χρησιμοποίησε έναν περιστρεφόμενο οδοντωτό τροχό. Η απόσταση, d, μεταξύ του τροχού (ο οποίος θεωρείται ότι είναι η πηγή) και ενός κατόπτρου ήταν γνωστή. Δt είναι το χρονικό διάστημα για μία πλήρη διαδρομή (μετάβαση και επιστροφή). Τότε, c = 2d / Δt. Ο Fizeau υπολόγισε ότι το μέτρο της ταχύτητας του φωτός είναι c = 3.1 x 108 m/s

Γεωμετρική οπτική: κλάδος της Φυσικής που μελετάει τον τρόπο διάδοσης του φωτός σε σώματα με διαφορετικές οπτικές ιδιότητες. Στην Γεωμετρική οπτική ισχύουν δύο παραδοχές (Προσέγγιση ακτίνων): 1) Όταν το φως διέρχεται μέσα από ένα ομογενές μέσο, διαδίδεται ευθύγραμμα. Η κατεύθυνση διάδοσής του είναι η κατεύθυνση των ακτίνων του. 2) Αλλάζει κατεύθυνση διάδοσης όταν έρθει σε επαφή με την επιφάνεια ενός διαφορετικού μέσου ή όταν οι οπτικές ιδιότητες του μέσου μεταβάλλονται. Ακτίνες: ευθείες, οι οποίες είναι κάθετες στα μέτωπα του κύματος.

Η προσέγγιση των ακτίνων (ειδική περίπτωση) Αν ένα κύμα με μήκος λ συναντήσει ένα πέτασμα με οπή διαμέτρου d, και λ << d, τότε το κύμα που εξέρχεται από την οπή συνεχίζει να κινείται ευθύγραμμα (ενδέχεται να υπάρχουν κάποια ανεπαίσθητα φαινόμενα στα χείλη της οπής). Η συγκεκριμένη προσέγγιση είναι χρήσιμη στη μελέτη κατόπτρων, φακών, πρισμάτων, κ.λπ. Για οπές διαφορετικού μεγέθους είναι δυνατό να παρατηρηθούν άλλα φαινόμενα.

Ανάκλαση του φωτός Μια ακτίνα φωτός (η προσπίπτουσα ακτίνα), διαδίδεται σε ένα μέσο. Όταν φτάσει στο όριο με ένα δεύτερο μέσο, τότε ένα μέρος της ανακλάται και επιστρέφει στο πρώτο μέσο. Δηλαδή, μέρος του φωτός διαδίδεται προς τα πίσω, με κατεύθυνση προς το πρώτο μέσο. ΑΥΤΟ ΕΙΝΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΔΕΔΟΜΕΝΟ.

Κατοπτρική ανάκλαση Η ανάκλαση του φωτός σε μια λεία επιφάνεια ονομάζεται κατοπτρική ανάκλαση. Οι ανακλώμενες ακτίνες είναι παράλληλες μεταξύ τους. Η κατεύθυνση κάθε ανακλώμενης ακτίνας βρίσκεται σε επίπεδο κάθετο προς την ανακλαστική επιφάνεια επίπεδο (όπως και οι προσπίπτουσες ακτίνες). Θα υποθέτουμε ότι όλες οι ανακλάσεις είναι κατοπτρικές. Ενότητα Ο1.4

Διάχυτη ανάκλαση Η ανάκλαση του φωτός σε μια τραχιά επιφάνεια ονομάζεται διάχυτη ανάκλαση. Οι ανακλώμενες ακτίνες διαδίδονται προς διάφορες κατευθύνσεις. Μια επιφάνεια συμπεριφέρεται ως λεία επιφάνεια όταν οι διακυμάνσεις των διαστάσεων των προεξοχών της είναι πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος του φωτός. Ενότητα Ο1.4

Ο νόμος της ανάκλασης Η προσπίπτουσα ακτίνα σχηματίζει γωνία θ1 με την κάθετο. Η ανακλώμενη ακτίνα σχηματίζει γωνία θ1 με την κάθετο ( κάθετος ονομάζεται ευθεία που είναι κάθετη στην επιφάνεια, στο σημείο όπου η προσπίπτουσα ακτίνα έρχεται σε επαφή μαζί της. Η προσπίπτουσα, η ανακλώμενη ακτίνα και η κάθετος βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.). ΝΟΜΟΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ (ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΔΕΔΟΜΕΝΟ): Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης: θ1 = θ1 Σημείωση για τον συμβολισμό: Ο δείκτης 1 αναφέρεται σε παραμέτρους του φωτός στο αρχικό μέσο διάδοσής του. Αν το φως περάσει σε κάποιο άλλο μέσο, χρησιμοποιούμε τον δείκτη 2 για τις παραμέτρους στο νέο μέσο.

Διάθλαση του φωτός Όταν μια ακτίνα φωτός που διαδίδεται σε ένα μέσο φτάσει στο όριο κάποιου άλλου διαφανούς μέσου, τότε ένα μέρος της ενέργειάς της ανακλάται και το υπόλοιπο εισέρχεται στο δεύτερο μέσο. Η ακτίνα που εισέρχεται στο δεύτερο μέσο αλλάζει κατεύθυνση στο όριο μεταξύ των δύο μέσων. Αυτή η εκτροπή της ακτίνας ονομάζεται διάθλαση. Οι ανακλώμενες και οι διαθλώμενες ακτίνες Η ακτίνα είναι η προσπίπτουσα ακτίνα. Η ακτίνα είναι η ανακλώμενη ακτίνα. Η ακτίνα διαθλάται στο πλεξιγκλάς. Η ακτίνα ανακλάται εσωτερικά στο πλεξιγκλάς. Η ακτίνα διαθλάται καθώς εξέρχεται από το πλεξιγκλάς και εισέρχεται στον αέρα.

Διάδοση του φωτός στο εσωτερικό ενός μέσου Έστω φως που εισέρχεται σε γυαλί από τα αριστερά. Το φως μπορεί να συναντήσει ένα ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο ενδέχεται να απορροφήσει το φως, να ταλαντωθεί (να λειτουργήσει ως διπολική κεραία ), και να το εκπέμψει ξανά. Το φως διδαδίδεται από το ένα άτομο στο άλλο με ταχύτητα c. Όμως, η συνεχής απορρόφηση και εκπομπή μειώνουν τη μέση ταχύτητα διάδοσης του φωτός μέσα στο υλικό.

Συχνότητα φωτός σε διαφορετικά μέσα Αφού αλλάζει η ταχύτητα διάδοσης, v, και αφού για κύματα ισχύει ότι: λf=v, τότε τι αλλάζει στο κύμα: το μήκος κύματος ή η συχνότητα; H συχνότητα του φωτός δεν μεταβάλλεται όταν περνά από ένα μέσο σε ένα άλλο. Έστς παρατηρητής Α (στο μέσο 1) και παρατηρητής Β (στο μέσο 2). Αν παρατηρούνε φωτόνια της ίδιας δέσμης, η ενέργεια τους πρέπει να είναι η ίδια, άρα η συχνότητα των φωτονίων (άρα και του κύματος) πρέπει να είναι η ίδια.

Ο δείκτης διάθλασης Ο δείκτης διάθλασης n ενός μέσου μπορεί να οριστεί ως: ταχύτητα του φωτός στο κενό c n= = ταχύτητα του φωτός στο μέσο v Αφού ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε οποιοδήποτε υλικό είναι μικρότερη από την ταχύτητά του στο κενό, ο δείκτης διάθλασης του οποιουδήποτε μέσου είναι ένας αδιάστατος αριθμός μεγαλύτερος της μονάδας (όχι κατ' ανάγκη ακέραιος). Ο δείκτης διάθλασης είναι αντιστρόφως ανάλογος της ταχύτητας διάδοσης του κύματος. Όσο μειώνεται η ταχύτητα, ο δείκτης διάθλασης αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης, τόσο πιο αργά διαδίδεται το κύμα φωτός. Για το κενό: n=1. Το ίδιο δεχόμαστε (προσεγγιστικά) και για τον αέρα.

Μερικοί δείκτες διάθλασης Ενότητα Ο1.5

Ο δείκτης διάθλασης (επέκταση) Η συχνότητα παραμένει σταθερή καθώς το κύμα περνά από το ένα μέσο στο άλλο. 'Ομως v = ƒλ και ƒ1 = ƒ2. Αν v1 > v2, τότε λ1 > λ2. Ο λόγος των δεικτών διάθλασης των δύο μέσων μπορεί να εκφραστεί με διάφορες μορφές: λ1 v 1 c /n 1 n 2 = = = λ 2 v 2 c/ n 2 n1 Μπορούμε να απλοποιήσουμε την παραπάνω σχέση για να συγκρίνουμε τα μήκη κύματος και τους δείκτες διάθλασης: λ1n1 = λ2n2 Στον αέρα, n1 = 1 και ο δείκτης διάθλασης του υλικού μπορεί να οριστεί συναρτήσει των μηκών κύματος: n= λ λ στο κενό ( ) λ n λ στο υλικό Ενότητα Ο1.5

Διάθλαση του φωτός Η προσπίπτουσα ακτίνα, η ανακλώμενη ακτίνα, η διαθλώμενη ακτίνα, και η κάθετος βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ: Η γωνία διάθλασης, θ2, εξαρτάται από το υλικό, καθώς και από τη γωνία πρόσπτωσης, θ1: sinθ 1 v 1 = sin θ 2 v 2 Όπου v1 και v2 είναι η ταχύτητα του φωτός στο πρώτο και στο δεύτερο μέσο διάδοσης, αντίστοιχα. Οι γωνίες μετρώνται σε σχέση με την κάθετο στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας στο μέσο 2.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Η διαδρομή του φωτός το οποίο διέρχεται από τη διαθλαστική επιφάνεια είναι αντιστρέψιμη. Για παράδειγμα, μια ακτίνα ξεκινά από το μέσο 1 ακολουθώντας τη διαδρομή A, και διαθλάται στο μέσο 2 ακολουθώντας τη διαδρομή Β. Αν η ακτίνα είχε ξεκινήσει από το μέσο 2 ακολουθώντας τη διαδρομή Β, τότε θα έπρεπε να διαθλαστεί στο μέσο 2 ακολουθώντας τη διαδρομή Α. Ενότητα Ο1.5

Οι λεπτομέρειες της διάθλασης Α) Οταν φως εισέρχεται σε ένα υλικό στο οποίο η ταχύτητά του είναι μικρότερη, τοτε διαθλάται και: Η γωνία διάθλασης είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης: Η ακτίνα εκτρέπεται προς την κάθετο. Β)Οταν φως εισέρχεται σε ένα υλικό στο οποίο η ταχύτητά του είναι μικρότερη, τοτε διαθλάται και: Η γωνία διάθλασης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης: Η ακτίνα εκτρέπεται μακριά από την κάθετο.

Ο νόμος της διάθλασης του Snell Αφού n=c/v, η προηγούμενη σχέση μεταξύ γωνίας πρόσπτωσης και διάθλασης γράφεται και ως εξής: n1 sin θ1 = n2 sin θ2 θ1 είναι η γωνία πρόσπτωσης. θ2 είναι η γωνία διάθλασης. Η πειραματική ανακάλυψη αυτής της σχέσης αποδίδεται συνήθως στον Willebrord Snell και γι αυτό η σχέση είναι γνωστή ως νόμος της διάθλασης του Snell. Επειδή η διάθλαση είναι συνηθισμένο φαινόμενο, θα ορίσουμε το μοντέλο ανάλυσης του διαθλώμενου κύματος.

Πρίσμα Μια ακτίνα μονοχρωματικού φωτός, η οποία προσπίπτει σε ένα πρίσμα, εξέρχεται από αυτό σχηματίζοντας γωνία δ ως προς την αρχική διεύθυνση διάδοσής της. Η γωνία δ ονομάζεται γωνία εκτροπής. Η γωνία Φ είναι η γωνία κορυφής.

Η αρχή του Huygens Ο Huygens θεωρούσε ότι το φως δεν είναι ροή σωματιδίων αλλά μια μορφή κυματικής κίνησης. Αρχή του Huygens: Όλα τα σημεία ενός δεδομένου μετώπου κύματος θεωρούνται σημειακές πηγές που δημιουργούν σφαιρικά δευτερεύοντα κύματα, τα κυμάτια. Αυτά διαδίδονται σε ένα μέσο με κατεύθυνση προς τα έξω και ταχύτητες που είναι χαρακτηριστικές των κυμάτων στο συγκεκριμένο μέσο. Έπειτα από κάποιο χρονικό διάστημα, η νέα θέση του μετώπου είναι η επιφάνεια που εφάπτεται στα κυμάτια (συνήθως ονομάζεται περιβάλλουσα). Η αρχή του Huygens είναι μια γεωμετρική κατασκευή, στην οποία χρησιμοποιούμε ένα γνωστό μέτωπο κύματος για να προσδιορίσουμε τη θέση ενός νέου μετώπου σε κάποια μεταγενέστερη χρονική στιγμή. Ενότητα Ο1.6

Η κατασκευή του Huygens για ένα επίπεδο/σφαιρικό κύμα Α) Επίπεδο κύμα: τη χρονική στιγμή t = 0, το μέτωπο του κύματος παριστάνεται από το επίπεδο AA. Τα σημεία στο επίπεδο του κύματος είναι αντιπροσωπευτικές πηγές των κυματίων. Αφού τα κυμάτια διανύσουν απόσταση cδt, μπορούμε να σχεδιάσουμε ένα νέο επίπεδο BB, το οποίο εφάπτεται σε αυτά. Β) Σφαιρικό κύμα: το εσωτερικό τόξο παριστάνει ένα μέρος του σφαιρικού κύματος. Τα σημεία σ αυτό είναι αντιπροσωπευτικές πηγές των κυματίων. Αφού τα κυμάτια διανύσουν απόσταση cδt, μπορούμε να σχεδιάσουμε έναν νέο κύκλο, ακτίνας ίση με την ακτίνα του προηγούμενου μετώπου συν cδt, ο οποίος θα εφάπτεται σε αυτά. Αυτή η νέα σφαιρική επιφάνεια είναι το το νέο μέτωπο του κύματος, που εφάπτεται στα κυμάτια (στις 3 διαστάσεις).

Διασπορά Για ένα δεδομένο υλικό, ο δείκτης διάθλασης μεταβάλλεται συναρτήσει του μήκους κύματος του φωτός το οποίο διέρχεται από το υλικό. Αυτή η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης n από το μήκος κύματος του φωτός λ ονομάζεται διασπορά. Γενικά, ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού μειώνεται όταν αυξάνεται το μήκος κύματος του φωτός. Το φαινόμενο της διασποράς, σε συνδυασμό με τον νόμο της διάθλασης του Snell, προβλέπει ότι όταν σε ένα διαθλαστικό υλικό προσπίπτει φως με διαφορετικά μήκη κύματος, τότε εκτρέπεται υπό διαφορετικές γωνίες. Για παράδειγμα, το ιώδες φως θα εκτρέπεται περισσότερο σε σχέση με το κόκκινο φως.

Διάθλαση σε πρίσμα Επειδή κάθε χρώμα έχει διαφορετική γωνία εκτροπής, το λευκό φως αναλύεται σε ένα φάσμα. Το ιώδες φως παρουσιάζει τη μεγαλύτερη εκτροπή. Το κόκκινο φως παρουσιάζει τη μικρότερη εκτροπή. Τα υπόλοιπα χρώματα βρίσκονται μεταξύ αυτών των δύο χρωμάτων. Ενότητα Ο1.7

Το ουράνιο τόξο Μια ακτίνα φωτός προσπίπτει σε μια σταγόνα νερού στην ατμόσφαιρα. Η ακτίνα ανακλάται και διαθλάται. Πρώτα διαθλάται στην μπροστινή επιφάνεια της σταγόνας. Το ιώδες φως παρουσιάζει τη μεγαλύτερη εκτροπή. Το κόκκινο φως παρουσιάζει τη μικρότερη εκτροπή. Στην πίσω επιφάνεια της σταγόνας, το φως ανακλάται. Επιστρέφει στην μπροστινή επιφάνεια, όπου διαθλάται ξανά και περνά στον αέρα. Οι ακτίνες εξέρχονται από τη σταγόνα υπό διάφορες γωνίες. Η γωνία που σχηματίζει το λευκό φως με την πιο έντονη ιώδη ακτίνα είναι 40. Η γωνία που σχηματίζει το λευκό φως με την πιο έντονη κόκκινη ακτίνα είναι 42. Κ Ι

Παρατηρώντας το ουράνιο τόξο Αν κάποιος παρατηρεί μια σταγόνα βροχής που βρίσκεται ψηλά στον ουρανό, θα δει την κόκκινη ακτίνα. Μια σταγόνα που βρίσκεται πιο χαμηλά στον ουρανό, θα κατευθύνει το ιώδες φως προς τον παρατηρητή. Τα υπόλοιπα χρώματα του φάσματος βρίσκονται μεταξύ του κόκκινου και του ιώδους χρώματος. Ενότητα Ο1.7

Διπλό ουράνιο τόξο Το δευτερεύον ουράνιο τόξο είναι πιο αχνό από το κύριο. Τα χρώματά του είναι αντεστραμμένα. Το δευτερεύον ουράνιο τόξο σχηματίζεται επειδή μέρος του εισερχόμενου στις σταγόνες ανακλάται δύο φορές στην εσωτερική επιφάνεια της σταγόνας προτού εξέλθει από αυτήν. Μπορούν να σχηματιστούν ουράνια τόξα «μεγαλύτερης τάξης», αλλά η έντασή τους είναι μικρή. Ενότητα Ο1.7

Ολική εσωτερική ανάκλαση Όταν το φως κατευθύνεται από ένα μέσο με δεδομένο δείκτη διάθλασης σε ένα μέσο με μικρότερο δείκτη διάθλασης, τότε παρατηρείται ένα φαινόμενο που ονομάζεται ολική εσωτερική ανάκλαση. Έστω ακτίνα που εισέρχεται από μέσο 1 σε μέσο 2 (με n1 > n2). Με τις ακτίνες 1 έως 5 επισημαίνονται διάφορες πιθανές κατευθύνσεις της δέσμης. Οι διαθλώμενες ακτίνες εκτρέπονται μακριά από την κάθετο επειδή n1 > n2. Ενότητα Ο1.8

Κρίσιμη γωνία Για μια συγκεκριμένη γωνία πρόσπτωσης, η γωνία διάθλασης ισούται με 90. Αυτή η γωνία πρόσπτωσης ονομάζεται κρίσιμη γωνίαθc. Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από την κρίσιμη γωνία, η δέσμη ανακλάται πλήρως στο όριο μεταξύ των δύο οπτικών μέσων (εξ και φαινόμενο ολικής ανάκλασης ). Το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης παρατηρείται μόνο όταν το φως κατευθύνεται από ένα μέσο με δεδομένο δείκτη διάθλασης σε ένα μέσο με μικρότερο δείκτη διάθλασης. Ενότητα Ο1.8

Οπτικές ίνες Μια εφαρμογή της εσωτερικής ανάκλασης. Για τη μετάδοση (ή «διοχέτευση») του φωτός από ένα σημείο σε ένα άλλο, χρησιμοποιούνται πλαστικές ή γυάλινες ράβδοι. Οι οπτικές ίνες, μεταξύ άλλων, έχουν τις εξής εφαρμογές: Ιατρική εξέταση των εσωτερικών οργάνων του σώματος. Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα Ο1.8

Κατασκευή μιας οπτικής ίνας Ο διαφανής πυρήνας περιβάλλεται από ένα περίβλημα. Το περίβλημα έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης n από τον πυρήνα. Αυτό επιτρέπει στο φως που διαδίδεται στο εσωτερικό του πυρήνα να υφίσταται ολική εσωτερική ανάκλαση. Ο συνδυασμός περικλείεται στην πλαστική επένδυση. Ενότητα Ο1.8

Οπτικές ίνες (συνέχεια) Αυτός ο εύκαμπτος σωλήνας φωτός ονομάζεται οπτική ίνα. Μια δέσμη από τέτοιες παράλληλες ίνες (δείτε την εικόνα) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας γραμμής οπτικής μετάδοσης. Ενότητα Ο1.8