Волоконная оптика
Непрозрачное зеркало… из двух прозрачных стекол
Вероятно, трудно установить, в какой стране и в каком году в середине нашего изобретательного века умелец-стеклодув с волшебными руками впервые сумел вытянуть тончайшую нить из тяжелого стекла с большим показателем преломления, окруженную вплотную прилегающей трубочкой из стекла с низким показателем преломления.
Наверное, еще сложнее выяснить, кто первый решил направить вдоль окольцованной стеклянной нити луч света, вернее, лучик света, похожий на крохотную иголочку портного из страны Лилипутии.
Ученые измерили яркость света до и после пробега по стеклянному светопроводу: она практически не изменилась. Световой луч испытал на границе нити с трубочкой полное отражение и, несколько раз оттолкнувшись от стенок нити, беспрепятственно достиг конечной цели.
В научных журналах замелькали сообщения об удивительных стеклянных проводах. Появилось новое научное направление, получившее название «волоконной оптики». Спрос на волокна — световоды возрастал с каждым днем. С их помощью, например, удалось осветить погруженную в темноту внутреннюю поверхность желудка больных язвенной болезнью и затем вывести отраженные лучи обратно к микроскопу, дав возможность врачам установить характер заболевания, узнать точное местоположение язвы.
На больших оптических заводах научились делать совершенно прозрачные кварцевые световоды длиной в несколько десятков километров, и сейчас ученые работают над созданием линий телефонной и телеграфной связи на световодах.
Лучи света понесут вскоре по стеклянным проводам звуки человеческого голоса и сообщения телеграфных агентств. Такой связи не будут грозить никакие помехи, не страшна будет сырость подземных ходов. Скоро окажутся ненужными многие километры тяжелых и дорогих электрических проводов из меди.
А началось все, казалось бы, с далекого от практики, чисто научного исследования преломления света на границе стеклянной пластины и воздуха…
Увидеть полное отражение
Полное отражение в прозрачном стеклопроводе легко показать на уроке. На высокий стол надо поставить наполненную водой большую стеклянную бутыль со стеклянным краном снизу или просто с тонким отверстием в боковой стенке, закрытым пробкой. Сбоку бутыль лучше подсветить яркой лампой, закрытой красным светофильтром, а свет в помещении потушить. Если открыть пробку, то из отверстия в подставленный снизу сосуд польется струя совершенно красной воды. Лучи красного света будут бежать внутри струи, отталкиваясь от ее границы с воздухом, имеющим меньший показатель преломления.
Красные лучи будут загибаться вместе с падающей струей воды — совсем как в стекловолокне, которое можно скручивать, поворачивать и завязывать узлом, не вредя и не мешая передаче светового изображения.
В этом опыте красный луч легко заменить на любой другой. Перед лампой вместо красного светофильтра ставится, например, зеленый или синий — и цвет льющейся воды послушно изменяется.
А что, если один цвет заменить разноцветной радугой? Светофильтр в этом случае использовать нельзя, ведь он представляет собой пластинку из окрашенного стекла, пропускающую лучи определенного цвета и поглощающую (или отражающую) все остальные.
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
