Reflexión
Parte de nuestra rutina matutina casi siempre implica usar un espejo. Lo que ves en ese espejo es tu reflejo, y lo que realmente se refleja en ti es la luz. La dirección en la que se refleja la luz es muy predecible y muy útil para nosotros para algo más que mirar nuestra imagen reflejada. Uno de esos usos modernos de la luz reflectante son los cables de fibra óptica. Los cables de fibra óptica utilizan la luz reflejada a través de ellos para transmitir información.
Dado que estamos transmitiendo datos a través de estos cables de fibra óptica, es importante reducir la pérdida de señal asegurándose de que la luz que viaja a través del cable llegue a su destino. Una posible forma de pérdida de luz en un cable de fibra óptica es a través de un proceso llamado reflexión interna total frustrada. En esta lección, aprenderemos qué es la reflexión interna total frustrada y cómo afecta la luz.
Refracción
Aunque esta lección trata sobre la reflexión, primero tenemos que entender algo llamado refracción. A medida que la luz viaja de un medio a otro, del aire al agua, por ejemplo, se dobla al entrar en el nuevo medio. A este proceso lo llamamos refracción .
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Usted mismo puede ver la refracción en acción con un vaso de agua transparente y un lápiz. Pon el lápiz parcialmente en el agua, y si miras de cerca podrás ver que parece doblarse donde entra al agua.
Cuánto se dobla la luz a medida que se refracta ( theta 2 ) depende de la velocidad de la luz en ambos medios ( v 1 y v 2 ) y del ángulo de incidencia del vector normal, el vector perpendicular a la superficie del medio, en el cual la luz entra en el segundo medio ( theta 1 ). Estas cuatro variables están todas relacionadas entre sí mediante la Ley de Snell .
Absorción y reflexión de los colores de la luz blanca
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En lugar de conocer la velocidad de la luz en el medio, generalmente se nos da el índice de refracción del medio ( n ). Estos son bien conocidos y únicos para cada medio.
Reflexión interna total
En este punto, es posible que se pregunte por qué necesitamos saber sobre la refracción para una lección sobre la reflexión. Bueno, resulta que la reflexión interna total (TIR) surge debido a algo relacionado con la refracción llamado ángulo crítico.
El ángulo crítico ( theta c ) es el valor del ángulo de incidencia que le da un ángulo refractado de 90 grados del vector normal.
Reflexión, Refracción y Difracción: Definición y ejemplos
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Cuando tenemos un valor para el ángulo de incidencia mayor que el ángulo crítico, y el valor de n 2 es menor que n 1 , la luz ya no se refracta a través del segundo medio como es normal. En este punto, la luz se refleja de nuevo en el primer medio.
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Reflexión Difusa: Definición, ejemplos y aplicaciones
Los cables de fibra óptica de los que hablamos anteriormente en la lección usan TIR para transmitir luz. El interior de un cable de fibra óptica es un centro de plástico o vidrio rodeado por algún revestimiento con un índice de refracción más bajo que el centro. La luz transmitida a través del cable incide en él en un ángulo tal que se refleja a lo largo del cable.
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TIR frustrado
Ahora que entendemos los conceptos de refracción y TIR, finalmente podemos llegar a la frustrada reflexión interna total . Cuando cumplimos con todos los requisitos para TIR, pero la luz sigue refractada en lugar de reflejada, decimos que el TIR está frustrado. En un cable de fibra óptica, esto significaría que algo de luz no llegó al final del cable y habrá pérdida de señal.
La TIR frustrada se produce cuando un tercer medio con un índice de refracción más alto que el segundo se acerca extremadamente al límite entre el primer y el segundo medio. Durante la reflexión interna total normal se crea algo llamado ondas evanescentes que penetran en el segundo medio. A estas ondas las llamamos evanescentes porque se desvanecen rápidamente. A diferencia de una onda de luz normal que se propaga, estas decaen a un ritmo exponencial.
En condiciones normales, las ondas evanescentes desaparecen tan rápidamente que la energía no se aleja realmente del límite entre los medios. Sin embargo, si un tercer medio está muy cerca de ese límite, la onda evanescente puede atravesarlo y crear una onda de propagación. De esta forma, se refracta la luz que debería haberse reflejado.
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Si bien el TIR frustrado es malo para los cables de fibra óptica, tiene sus usos en otras tecnologías. Un ejemplo son los escáneres de huellas dactilares. Aquí el primer medio es el escáner, el segundo aire y el tercero el dedo. Donde las crestas de su dedo tocan, la luz del escáner se refracta, pero donde no tocan, la luz se refleja en el escáner. Esto se utiliza para crear la imagen de su huella digital para que la lea el escáner.
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Resumen de la lección
Cuando la luz viaja entre dos medios diferentes, se dobla al entrar en el segundo. A esto lo llamamos flexión de la refracción de la luz , y la cantidad de flexión de la luz está determinada por la ley de Snell.
La ley de Snell nos da una relación entre el ángulo de refracción ( theta 2 ), el ángulo de incidencia ( theta 1 ) y los índices de refracción de ambos medios ( n 1 y n 2 ).
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En condiciones especiales, la luz que normalmente se refracta puede reflejarse en un proceso llamado reflexión interna total (TIR).
Finalmente, existe otra condición especial llamada reflexión interna total frustrada donde la luz que normalmente debería reflejarse en condiciones TIR todavía se refracta. Esto ocurre cuando un tercer medio con un índice de refracción mayor que el segundo medio se acerca extremadamente al límite entre el primer y el segundo medio. Cuando esto sucede, las ondas evanescentes que decaen exponencialmente se extienden hacia el tercer medio y crean ondas que se propagan.
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