Зеркала на основе полного внутреннего отражения

October 24, 2011 by admin Комментировать »

Полное внутреннее отражение характерно для границ раздела между двумя диэлектрическими средами с разными показателями преломления. Это явление было открыто Иоганном Кеплером в начале XVII в. (Kepler, 1611). Кеплер пытался объяснить кажущееся искривление предметов, частично погруженных в воду. Он обнаружил, что для лучей, падающих на границу раздела двух сред под углами, близкими к нормальному, отношение углов падения к углам преломления пропорционально отношению показателей преломления двух сред:

где 01 и 02 — углы падения и преломления лучей, измеренные относительно нормали к поверхности раздела. Между 1621 г. и 1625 г.

Рис. 10.4. Отраженный и преломленный лучи света на границе раздела двух Сред с показателями преломления т и пг. Здесь ni > щ

 

Корнелиус Виллеборд Снелль сформулировал закон Снеллиуса:

Из сравнения выражений (10.7) и (10.8) становится очевидным, что закон Кеплера является аппроксимацией закона Снеллиуса для малых углов. На рис. 10.4 показаны углы, используемые в законе Снеллиуса.

Кеплер также обнаружил, что для некоторых пар материалов в сравнительно узком диапазоне углов падения углы преломления могут превышать 90°. Это явление получило название полного внутреннего отражения. Из закона Снеллиуса и условия 02 = 90° можно вывести выражение для угла полного внутреннего отражения:

Поскольку отношение показателей преломления в правой части уравнения (10.9) должно быть

Рис. 10.5. Исторический рисунок (а) и схема установки швейцарского инженера Даниеля Колладона, построенной в 1841 п для показа того, как на основе принципа полного внутреннего отражения можно освещать струю воды (б); световые фонтаны в Лас Вегасе, штат Невада (в); оптические волокна (г) , (TheFreeDictionary.com, 2005)

 

В полупроводниковых излучающих устройствах явление полного внутреннего отражения затрудняет выход света из полупроводникового кристалла, что в ряде случаев может быть очень серьезной проблемой. Поскольку полупроводниковые материалы обладают высокими показателями преломления, ~ 2,0-3,5, их критические углы полного внутреннего отражения довольно малы. Эта проблема стоит очень серьезно для арсенидов и фосфидов III группы с показателями преломления около 3,0 и менее остро для нитридов III группы с показателями преломления около 2,0. Явление полного внутреннего отражения практически не касается органических светодиодов, поскольку органические материалы обладают сравнительно низкими показателями преломления.

Уникальная особенность явления полного внутреннего отражения — коэффициент отражения Д = I. Поэтому отражатели на основе этого явления обладают нулевыми потерями. Их используют в основном в лазерах — полосковых (Smithetal., 1993) и на базе микродисков (McCalletal., 1992), выполняемых на основе резонаторов с высокой добротностью.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты