آموزش های پایه ای برق, مقالات
TIR چیست؟
فروردین
بازتاب کل داخلی (TIR)
تعریف : هنگامی که یک پرتو نور با زاویه تابش نور بیشتر با یک زاویه بحرانی از یک محیط غلیظ به یک محیط رقیق تر حرکت میکند، پرتو ورودی به همان محیط بازتاب‌می‌شود. این پدیده را بازتاب داخلی کل می‌نامند. که به اختصار TIR نامیده می‌شود .
حال این سوال پیش می‌آید که چرا آن را بازتاب داخلی کل می‌نامیم؟
پاسخ این‌است که پرتو نور کامل بدون هیچ تلفاتی به سمت همان محیط منعکس می‌شود. ما این مفهوم را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار خواهیم‌داد، اما قبل از آن اجازه‌دهید بفهمیم که چگونه هر پرتو نوری بازتاب و شکست را نشان‌می‌دهد.
تابش و بازتاب پرتو نور
دو محیط را در نظر بگیرید، اولی ، محیط غلیظ M1 و دومی ، محیط رقیق تر M2است.ما می‌دانیم که وقتی یک پرتو نور از یک محیط با غلظت بیشتر به یک محیط با غلظت کمتر حرکت میکند، تمایل به دور شدن از حالت عادی را حفظ‌می‌کند. در این حالت، زاویه پرتو شکست قطعاً بیشتر از زاویه برخورد خواهد‌بود.
اجازه‌دهید به شکل زیر که نشان‌دهنده شکست نور‌است نگاهی بیندازیم :
در شکل بالا، پرتو 1 زاویه خاصی از تابش را نشان‌می‌دهد. بگذارید این زاویه i 1 باشد.بنابراین، پس از برخورد با سطح، پرتو شکسته‌شده و به محیط با غلظت بیشتر‌می‌رسد.در اینجا، زاویه پرتو شکست با r 1 نشان داده‌می‌شود .
علاوه بر این، می‌توانیم ببینیم که پرتو 2، با زاویه‌ای بیشتر از قبل به سطح برخورد میکند. آن را i 2 در نظر بگیرید .
بنابراین، پس از برخورد به سطح، پرتو 2 با ایجاد یک زاویه r 2 در محیط با غلظت بیشتر، بازتاب میکند. مورد دیگری را در نظر بگیرید که زاویه تابش بیشتر افزایش می‌یابد، این با پرتو 3 نشان داده‌می‌شود. بنابراین، در این مورد، پرتو شکسته‌شده در امتداد سطح حرکت میکند. بنابراین، این مورد نشان‌می‌دهد که زاویه شکست 90 درجه‌است. زاویه تابش که برای آن پرتو شکسته زاویه 90 درجه ایجاد میکند و شروع به حرکت در امتداد سطح‌می‌کند. سپس آن زاویه برخورد خاص به عنوان زاویه بحرانی شناخته‌می‌شود. بنابراین، شکست چیزی نیست جز خم شدن پرتوهای نور در حین حرکت از یک رسانه به رسانه دیگر.
حال، اجازه دهید به گسترش شکلی که در بالا نشان دادهشدهاست نگاهی بیندازیم :
گسترش چیزی جز این نیست که اکنون اشعه‌ای با زاویه ی بیشتر از زاویه بحرانی به سطح برخورد‌می‌کند. این اشعه با پرتو 4 در شکل بالا نشان دادهشدهاست. بنابراین، می‌توانیم ببینیم که پرتو 4 در برخورد با محیطی که زاویه i 4 را ایجاد‌می‌کند .
اکنون به سمت همان محیطی که از طریق آن برخورد کرده‌است منعکس‌می‌شود.بنابراین، این نشان‌می‌دهد که وقتی مقدار زاویه تابش از مقدار بحرانی بالاتر می‌رود،آنگاه پرتویی که قبلاً به یک محیط دیگر شکست‌می‌خورد اکنون منعکس‌شده و به همان محیط باز می‌گردد.این به عنوان بازتاب داخلی نور شناخته‌می‌شود. با این حال، پرتو کامل بدون هیچ گونه شکست یا افت در محیط دیگر منعکس می‌شد.
بنابراین، آن را به عنوان بازتاب داخلی کل می‌شناسند.همانطور که قبلاً گفتیم که زاویه شکست همیشه بزرگتر از زاویه برخورد‌است.بنابراین، قابل توجه‌است که مقدار زاویه بحرانی هرگز نمی تواند 90 درجه باشد.
شرایط برای بازتاب کلی داخلی
اصولاً برای دستیابی به بازتاب درونی کلی دو شرط زیر وجود دارد که الزاماً باید رعایت شود :
- اجباری‌است که نور باید از یک محیط با غلظت بیشتر به یک محیط با غلظت کمتر برای انجام TIR حرکت کند.
- زاویه تابش باید اساسا بزرگتر از زاویه بحرانی باشد.
کاربردهای بازتاب داخلی کل
-
ارتباط فیبر نوری :
پدیده TIR در ارتباط از طریق فیبرهای نوری استفاده‌می‌شود.همانطور که وقتی یک پرتو نور از طریق یک فیبر نوری منتشر می‌شود، قطر کوچک هسته تنها اجازه بازتاب کوچکی از نور را می‌دهد.بنابراین، در این حالت، زاویه برخورد قطعاً در مقایسه با زاویه بحرانی بزرگتر خواهد‌بود. و ضریب شکست هسته در مقایسه با روکش بیشتر‌است.بنابراین، نور می تواند از طریق TIR در داخل یک فیبر نوری منتشر شود.
-
سراب :
همچنین پدیده ای است که در اثر TIR ایجاد‌می‌شود. در سراب، در اثر شکست نور، توهم آب به دلیل محیط غیر یکنواخت مشاهده‌می‌شود.این پدیده عمدتاً در روزهای آفتابی تجربه‌می‌شود.از فاصله چند متری (حدود 100 متر)، می‌توان یک گودال (نوعی حوض آب) را تصور کرد،اما با رسیدن به آن مکان خاص، چنین گودالی وجود ندارد و به سادگی به عنوان یک توهم اثبات‌می‌شود.
-
در الماس :
درخشندگی شدید الماس نیز نتیجه انعکاس کلی داخلی‌است. همانطور که الماس دارای مقدار زاویه بحرانی کمتر و ضریب شکست بالاتری‌است. به همین دلیل انعکاس کامل بدون تلفات عمده در آن مشاهده‌می‌شود.زاویه بحرانی نقش مهمی در TIR ایفا‌می‌کند. حال این سوال پیش می‌آید که چرا به این نام نامگذاری شده‌است؟
پاسخ این‌است که تمام آن پرتوهایی که با زاویه کمتر از این زاویه برخورد می‌کنند،شکسته می‌شوند و به محیط دیگری می‌رسند.و تمام آن پرتوهایی که با زاویه ای بیشتر از این مقدار خاص برخورد می‌کنند، منعکس خواهند‌شد.بنابراین این مقدار شدید به عنوان مقدار بحرانی و آن زاویه به عنوان زاویه بحرانی شناخته‌می‌شود.