Lý thuyết Phản xạ toàn phần hay, chi tiết nhất

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n₁ > n₂)

a) Thí nghiệm

Ta cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào trong không khí.

Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới (thay đổi góc tới i) và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Khi góc tới i ≥ i_gh tia khúc xạ không còn, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.

b) Góc giới hạn phản xạ toàn phần

- Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn (n₁ > n₂) ⇒ r > I ⇒ Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.

- Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r > i ). Khi r_max = 90^o thì i = i_gh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn.

Ta có:

- Với i > i_gh: Không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.

2. Hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Định nghĩa

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.

b) Điều kiện để có phản xạ toàn phần

- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n₂ < n₁

- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ i_gh

3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Cấu tạo

- Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.

- Sợi quang gồm hai phần chính:

    + Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).

    + Phần vỏ bọc trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.

    Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.

    + Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

b) Công dụng

- Dung lượng tín hiệu lớn.

- Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.

- Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.

- Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).

c) Ứng dụng của cáp quang

Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.

∗ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần