Явление полного внутреннего отражения

 Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

 

В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.

 

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снеллиуса. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего показателя преломления к большему показателю, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

Впервые явление полного внутреннего отражения было описано Иоганном Кеплером в 1600 году[1].

 

Нарушенное полное внутреннее отражение — явление нарушения полного внутреннего отражения из-за поглощения отражающей средой части излучения. Широко применяется в лабораторной практике и оптической промышленности.

 

Волоконная оптика — под этим термином понимают

 

● раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах, либо

● продукцию отраслей точного машиностроения, имеющую в своём составе компоненты на основе оптических волокон.

К волоконно-оптическим приборам относятся лазеры, усилители, мультиплексоры, демультиплексоры и ряд других. К волоконно-оптическим компонентам относятся изоляторы, зеркала, соединители, разветвители и др. Основой волоконно-оптического прибора является его оптическая схема — набор волоконно-оптических компонентов, соединённых в определённой последовательности. Оптические схемы могут быть замкнутые или разомкнутые, с обратной связью или без неё

 

Устройство волоконно-оптических компонентов

Зеркала и фильтры      

Зеркалом называется компонент, отражающий излучение определённой частоты с определённым коэффициентом отражения. Фильтр, в свою очередь, пропускает излучение определённой частоты, как правило, в узком частотном диапазоне, а остальное излучение поглощает или рассеивает. Для изготовления зеркал и фильтров используются дифракционные решётки, нанесенные на участок сердцевины волокна. Аналог штриха выполняет ультрафиолетовая засветка, которая изменяет свойства волокна в месте облучения. Одна и та же дифракционная решётка для разных частот сигнала будет либо зеркалом, либо фильтром. На основе длиннопериодных волоконных решёток могут создаваться широкополосные фильтры, поглощающие в определённом диапазоне длин волн.

 

Объединители и разветвители

Представляют собой два параллельных волокна, лишённые оболочки и соприкасающиеся между собой. Соприкосновение и фиксация волокон достигается при высоких температурах — выше температуры плавления волокна. Таким образом, участки волокон сплавляются воедино. В зависимости от длины общего участка в результате интерференции волн можно получить произвольный коэффициент деления выходного сигнала по двум выходным волокнам.

 

Объединители и разветвители могут также строиться на элементах микрооптики, включая микролинзы и частично-прозрачные зеркала с заданным коэффициентом деления.

 

Активное волокно

Волокно, способное усиливать или генерировать сигнал определённой частоты. Это достигается введением в кварцевое волокно редкоземельных металлов в зависимости от требуемой частоты усиления. Так, иттербиевые (Yb) примеси дают усиление на длине волны 1,06 мкм, а эрбиевые (Er) на длине волны 1,5 мкм. Пик усиления определяется пиком прозрачности той или иной примеси.

 

Пассивное волокно      

Волокно, не обладающее свойствами усиления. Используется для соединения волоконно-оптических компонентов между собой, а также для увеличения общей протяженности оптической схемы, если это необходимо.

 

Диоды накачки              

Как и в случае обычных лазеров для начала усиления и генерации необходима накачка активной среды. Для накачки активных волокон используют полупроводниковые лазерные диоды. На выходе из полупроводникового кристалла лазерный пучок коллимируют и вводят в волокно. Выбор длины волны диодов накачки обусловлен пиками поглощения активных волокон, которые приходятся на узкие диапазоны в районах 0,81 мкм, 0,98 мкм и 1,48 мкм. Для иттербиевых волокон наиболее эффективна накачка в диапазоне 0,95—0,98 мкм.

 

Глядя на отношение длин волн накачки и сигнала можно определить максимально возможный КПД лазеров и усилителей. Для иттербиевых волокон он будет 0,95: 1,06 = 90%. На практике, КПД, конечно оказывается ниже.

 

Эндоскопи́я — способ осмотра полостей человеческого тела при помощи эндоскопа. При эндоскопии эндоскопы вводятся в полости через естественные пути, например, в желудок — через рот и пищевод, в бронхи— через гортань, в мочевой пузырь — через мочеиспускательный канал, а также путём проколов или операционных доступов (лапароскопия и др.)

В настоящее время эндоскопические методы исследования используются как для диагностики, так и для лечения различных заболеваний. Современная эндоскопия играет особую роль в распознавании ранних стадий многих заболеваний, в особенности — онкологических заболеваний (рак) различных органов (желудок, мочевой пузырь, лёгкие).

 

Чаще всего эндоскопию сочетают с прицельной (под контролем зрения) биопсией, лечебными мероприятиями (введение лекарств), зондированием.

 

Виды эндоскопии        

● Назофарингоскопия — осмотр полости носа и гортани.

● Бронхоскопия — осмотр бронхов

● Гистероскопия — осмотр полости матки

● Колоноскопия — слизистой оболочки толстой кишки

● Кольпоскопия — входа во влагалище и влагалищных стенок

● Лапароскопия — брюшной полости

● Отоскопия — наружного слухового прохода и барабанной перепонки

● Ректороманоскопия — прямой кишки при использовании жесткого ректоскопа (на приеме у проктолога) и дистального отдела сигмовидной кишки при использовании гибкого эндоскопа на приеме у эндоскописта

● Уретероскопия — мочеточника

● Холангиоскопия — желчных протоков

● Цистоскопия — мочевого пузыря

● Эзофагогастродуоденоскопия — осмотр пищевода, полости желудка и двенадцатиперстной кишки

● Фистулоскопия — исследование внутренних и наружных свищей

● Торакоскопия — грудной полости

● Кардиоскопия — полостей (камер) сердца

● Ангиоскопия — сосудов

● Артроскопия — суставов

● Вентрикулоскопия — желудочков мозга