سه شنبه, 01 آبان 1397

به سـایـت هـیـجـان بـا نـور و لـیـزر خـوش آمـدیـد

بـخـش آزمـایـشـگـاه را حـتـما مـشـاهـده کـنـیـد

مـنـتـظـر نـظـرات شـمـا هـسـتـیـم

سوالات خود را از طریق بخش "از متخصص نور بپرس" ارسال کنید

اگر ایده ای دارید در بخش "کار های شما" می توانید برای ما ارسال کنید

 خــــوش آمـــــدیـــــــد 
مسیر انتشار نور را، هر چقدر خواستید، خم کنید! ...............................................................................فیبر نوری / بازتاب کلی

 

استفاده از مطالب این سایت، بدون ذکر منبع، مجاز نمی باشد.


 

مسیر انتشار نور را، هر چقدر خواستید، خم کنید!

موضوع: بازتابش کلی (انتشار نور در موجبرها و فیبر نوری)


 

مقدمه:

موجبر یک سطح تخت شفاف با مقطع مربعی یا مستطیلی محیطی برای انتقال یا انتشار نور است، بطوریکه پرتو نور با بازتاب های کلی از سطح بالا و پایین، می تواند انتشار پیدا کند. فیبر نوری نیز نوعی موجبر با مقطع دایره ای است. ممکن است فیبر نوری را در برخی اقلام تزیینی که نورهای رنگی از انتها به آن تابانده شده و نوک رشته های شیشه ای روشن میگردد، دیده باشید ولی بیشترین کاربرد فیبر نوری یا تار نوری در مخابرات نوری برای انتقال اطلاعات بجای سیم است. فیبرهای نوری از جنس یک ماده شفاف شیشه ای یا پلاستیکی ساخته می شوند که نور در آنها بر اساس بازتاب کلی منتشر می شود و به دلیل نازک و قابل انعطاف بودن فیبر، می تواند در طول مسیر با فیبر خم شود. نازک بودن فیبر نوری باعث انعطاف بیشتر آن میشود بطوریکه مثل یک رشته نخ می تواند دور یک قرقره به سادگی پیچیده شود. فیبر نوری متداولی که برای انتقال اطلاعات بین دستگاهها در دسترس است اصطلاحا فیبر چند مدی گفته می شود و فیبر مخابراتی معمولا فیبر تک مدی است.

امروزه از فیبر نوری به صورت یک قطعه ارتباطی بین دستگاههای خانگی مثل ویدئو استفاده میشود و در بازار نیز عرضه میگردد. علاوه بر این، شکل ساده تر فیبر نوری نیز در برخی ابزار تزیینی دیده می شود اما فیبرهای مخابراتی به آسانی در دسترس نیست و در صورت وجود نیز، این فیبرها به قدری نازک هستند که تزریق نور در آنها با ابزار عمومی بسیار مشکل است.


هدف:

در این آزمایش قصد داریم با تاباندن نور به یک فیبر نوری، انتشار آن را مشاهده و بررسی نماییم.


چه می خواهیم انجام دهیم و به چی نیاز داریم:

برای مشاهده انتشار نور در فیبر نوری به اقلام زیر نیاز داریم:

-فیبر نوری

-یک قطعه شیشه

-لیزر با پایه مناسب


آزمایش:

- شیشه را همراستای افق، روی پایه مناسب گذاشته و مقابل لیزر قرار دهید.

- لیزر را روشن کنید. خواهید دید که باریکه لیزر در امتداد شیشه منتشر شده و از انتهای آن خارج میشود.

- حال زاویه شیشه را تغییر داده و آن را بصورت کج مقابل لیزر قرار دهید. اینبار باریکه بطور کامل در امتداد شیشه دیده نمیشود اما باز هم انتهای شیشه روشن است. چرا؟

 

 

- حال یک یا چند فیبر نوری را در مقابل لیزر قرار داده و آن را در جهات دلخواه انحنا دهید. چه میبینید؟

 

 

- آیا میتوانید با توجه به رابطه بازتابش داخلی این پدیده را توجیه کنید؟

 

آزمایش (پیشرفته تر):

- فیبر را روی پایه ای نصب کنید و لیزر را مقابل آن قرار دهید. با تاباندن لیزر به فیبر شاهد روشن شدن طرف دیگر فیبر خواهید بود.

- کاغذ سفیدی در طرف دیگر قرار دهید و شکل نور را روی کاغذ با تغییر شرایط فیبر مثل زاویه تابش، انحنای فیبر و تغییرات دیگر مشاهده کنید.

در بهترین شرایط، نور روی کاغذ یک دایره نورانی است و در نتیجه نور خروجی از فیبر نوری یک مخروط نورانی به راس فیبر است.

- یک عدسی در فاصله ای به اندازه فاصله کانونی در مقابل آن قرار دهید تا نور موازی شود.

قطر نور موازی ایجاد شده به فاصله کانونی عدسی بستگی دارد.

فکر می کنید زاویه مخروط به چه پارامتری بستگی دارد؟

قطعا این زاویه به خود فیبر بستگی دارد. قطر فیبر و ضریب شکست آن در زاویه مخروط اثر دارند. برای فیبرهای کوتاه چگونگی تابش نور به فیبر نیز در شکل و زاویه مخروط خروجی اثر دارد.

موجبر تخت یک محیط شفاف نازک است که شباهت آن با فیبر نوری چگونگی انتتشار نور و تفاوت آن در شکل مقطع محیط انتشار است. با کمی دقت می توانید مسیر انتشار نور را در موجبر ببینید و با تغییر زاویه تابش شاهد تغییر مسیر انتشار و بازتابهای کلی متوالی باشید.


به چه کار می آید:

فیبرهای نوری کاربرهای زیادی دارند که عمدتا بخاطر انعطاف دادن به مسیر رساندن نور به محل مورد نظر، فیلتر کردن نور و حذف تابش فروسرخ و فرابنفش، محصور کردن و در نتیجه محفوظ کردن نور ارسالی و این قبیل ویژگیها است. از جمله کاربردهای فیبرهای نوری میتوان به موارد زیر اشاره کرد: انتقال نور در پزشکی و صنعت، انتقال اطلاعات در مخابرات، انتقال تصاویر در پزشکی.

در کل کاربردهای فیبر نوری ممکن است انتقال نور برای رساندن نور به انتهای فیبر باشد که در آندوسکوپها برای نور رسانی و انتقال تصویر از طریق نور رسانی کاربرد دارد. همچنین کاربرد مهم دیگر فیبرهای نوری انتقال اطلاعات است که در مخابرات نوری و همینطور کنترل دستگاهها کاربرد دارد. همینطور کاربرد مهم دیگرفیبر نوری که اخیرا مورد توجه زیادی قرار گرفته است حسگرهای فیبر نوری است که نتیجه اثر عوامل بیرونی بر انتشار نور در فیبر است.

سؤال پیشنهاد ونکته:

- می توانید در مسیر فیبر نوری تغییری مثلا با تکان دادن فیبر یا خمش آن و یا حتی گرم کردن آن ایجاد کنید. خواهید دید که این تغییرات در خروجی فیبر نوری اثر دارند. اگر بتوانید این تغییر در خروجی را ثبت کنید، نوعی سنسور یا حسگر ساخته اید. می توانید درباره انواع پدیده هایی که می توان بدین طریق حسگر ساخت فکر کنید.

-راجع به ابزارهای مختلفی که از فیبر نوری درست شده است مانند اندوسکوپ، تصویر برداری اندوسکوب و انتقال نور وانتقال اطلاعات و فکر کنید و ببینید به چه نحوی می توانید از این ابزارها بسازید.

-ساخت اندوسکوپ برای انتقال تصویر از اختراعات جالب بشر بوده است. راجع به این فکر کنید که چگونه می توانید از طریق رشته رشته فیبر و از طریق بسته فیبر انتقال داد. دقت کنید که یک دسته فیبر برای اینکه بتواند تصویر را انتقال دهد باید از هزاران  رشته فیبر تشکیل شده باشد. و این هزاران رشته فیبر باید کاملا متناظر باشد به طوری که اگر تصویری در یک انتهای دسته فیبر ایجاد شد باید عینا به انتهای فیبر منتقل شود و باید تصویر و شئ کاملا در دو سر فیبر متناظر باشد به عبارت دیگر هر نقطه در یک طرف فیبر در طرف دیگر  متناظر داشته باشد. راجع  به چگونگی ایجاد چنین دسته فیبری فکر کنید.

-موجبرها در تکنولوژی جدید کاربرد فراوانی دارند می توانید در مورد کاربرد این موجبرها فکر کنید برای اطلاع مدار های اپتیکی مجتمعی ایجاد  شده که تمام قطعات مثل لیزر کوپلر و آشکار ساز و مدار های تغییر دهنده شرایط نور روی ان حک شده که اینها برروی موجبر ایجاد می شود. چنین مداراتی با مشابهت با مدار های مجتمع الکتریکی، مدارهای مجتمع اپتیکی نامیده شده است.راجع به این مداها و کاربرد آنها می توانید فکر کنید.


آزمایشهای مرتبط:

 

آب کدام لیوان شیرین تر است؟

آیا نور خمیده هم میشود؟

چرا نقش انگشت ما بر روی لیوان پر از آب دیده میشود؟

 

 

بیشتر بدانید:

بازتاب کلی

 

 


 

 

 

 

 

 

 

بازگشت


Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info| Info