Düzlem Yüzeyler ve Prizmalar

... konulu sunumlar: "Düzlem Yüzeyler ve Prizmalar"— Sunum transkripti:

1 Düzlem Yüzeyler ve Prizmalar

2 Tam Yansıma ve Kritik Açı
Düzlem bir yüzey üzerine gelen gelen ışınlar için ortamın kırılma ölçeğine bağlı olarak üç (3) yansıma durumu gerçekleşir; a) dış yansıma b) iç yansıma, c) tam yansıma

3 Tam Yansıma ve Kritik Açı
Eğer ışık daha yüksek yoğunluklu bir ortamdan daha düşük yoğunluklu bir ortamda hereket ederse ilginç sonuçlarla karşılaşırız. Aşağıdaki şekilde O noktasından farklı doğrultularda çıkan ışınlar verilmektedir. 1 nolu ışın hiç bükülmeden diğer ortama çıkabilmektedir. 2 nolu ışın ise yüzeyden r açısı ile çıkmaktadır. 3 nolu ışın ise bu ortam için kritik bir durumu göstermektedir. Bu açı altında gelen ışınlar ikinci ortama çıkamamaktadır. 4 nolu ışın ise bu kritik açıdan daha büyük geldiği için tam yansımaya uğramıştır.

4 Kritik Açı nr Kritik açı, kırılmış bir ışının ortamın sınırı boyunca ilerlemesine neden olan açıdır. Bu açı, gelen bir ışının 90º yansıma üretebildiği açıdır. Gelen ışının gelme açısı kritik açıyı aşarsa ışın tamamen yansır ve yeni ortama gidemez. Kritk açı sadece daha yüksek kırılma ölçeğine sahip ortamlarda dikkate alınması gerekir. ni c Snell'den, n1 sinc = n2 sin 90 Sin 90 = 1 ise, n1 sinc = n2 ve kritik açı da nr c = sin-1 ni

5 Kritik Açı Elmas – hava sınırı için kritik açı nedir? (Kırılma ölçeği haritasını kullanarak hesaplayınız) c = sin-1 (nr / ni) = sin-1 (1 / 2.42) = 24.4 Bu açıdan daha büyük açıyla gelen ışınlar elmas içinde yansıyacaklardır. hava elmas c

6 Tam Yansıma Optik yoğun bir ortamdaki ışık daha az yoğun ortamda geçerken eğer gelme açısı kritik açıdan daha büyükse tam yansıma oluşur. Bu durumda kırılma olmaz sadece yansıma oluşur. n1 n2 > n1 n2   > c Tam yansıma optikte çok farklı alanlarda kullanıma sahiptir. Örneğin fiber optik.

7 Tam Yansıma: Fiber Optik
Bunlar genelde saf camdan ve çok sık uzun liflerden oluşur. Oldukça incedirler, neredeyse bir insan saçı kalınlığında. Yüzlerce veya binlercesi birleştirerek ışığı çok uzak mesafalere taşınmasına yardım eder. Üç ana bölümden oluşur. Çekirdek (Core): Işığın taşındığı cam merkez Ara kaplama (Cladding): optik bir materyaldir ve ışığı tam yansıma ile içeride kalmasını sağlar. Dış kaplama (Buffer Coating): Fiber'in zarar görmesini engelleyen plastik dış kaplamadır.

8 Tam Yansıma: Fiber Optik
Tam yansıma ile ışık fiber çekirdek içerisinde hareket eder. Burada önemli oranda ışık soğrulması da olmaz ve ışık kaybı olmadan daha uzun mesafelere ışık taşınmış olur. Elektrik sinyalleri kullanılmadığı için yanıcı değil ve ayrıca ışık birbiri ile bir girişim yapmaz. Yani daha temiz ışık taşınır. Genelde TV, iletişim, tıp uygulamalarında çok kullanılır. İki tip fiber vardır: Tek modlu fiber (Single-mode): fiber başına sadece tek bir sinyal taşır (TV ve telefonlar) Çok modlu (Multi-mode): çoklu sinyallerin taşındığı fiber (networkler)

9 Tam Yansıma: Fiber Optik
Tıptaki örnek uygulaması

10 Prizmada Kırılma Dispersiyon, kırılma nedeniyle ışığın bir tayf oluşturacak şekilde ayrılmasıdır. Çünkü kırılma ölçeği dalgaboyunun bir fonksiyonudur. Uzun dalgaboyları için bu ölçek biraz daha küçüktür. Bu nedenle kırmızı ışık daha az kırılır ve mavi ışık ise daha çok kırılır. Böylece beyaz bir ışık optik bir ortamdan geçerken renklerine ayrılır ve tayf oluşur. Prizmalar bu tayfı elde etmede sıklıkla kullanılan optik elemanlardır. Prizmalar iki düzlem yüzeyin bir a açısı ile birleştirilmesi oluşurlar. Prizmanın birinci yüzeyi tarafından oluşan kırılma ikinci yüzey tarafından tekrardan kırılarak ışık renklerine daha çok ayrılmış olur.

11 Prizma Gelen ışın toplamda d kadar yolundan sapmıştır. Bu sapma miktarı ise d = q+q'+A ile elde bulunur.

12 Prizma Eğer bir prizmaya farklı geliş açılarında ışın gönderilirse belirli bir kritik açıda prizmanın d sapma açısı minimum olmaktadır. Buna prizmanın minimum sapma açısı denir ve bu açı ile prizmanın kırılma ölçeği arasında bir ilişki vardır.

13 Prizma Prizmaların ışığı disperse etme özelliği prizmanın yapıldığı maddenin türüne bağlıdır. Farklı maddeler için kırılma ölçekleri farklıdır ve bu ölçekler de dalgaboyu ile değişmektedir.