Mantel von optischen Fasern

Damit eine Faser Licht leiten kann, muss selbst unter Berücksichtigung der Situation, in der nur geometrische Optiken verwendet werden, an der Grenze des Faserkerns eine Totalreflexion (TIR) ​​vorliegen. Damit TIR auftritt, muss der Einfallswinkel des Lichts größer als der Grenzwinkel sein$\theta_c$. Wenn das Material vor der Grenze einen Brechungsindex hat$n_1$und das Material nach der Grenze hat einen Index$n_2$, dann ist der kritische Winkel:

Natürlich, wenn$\frac{n_2}{n_1} > 1$dann ist der kritische Winkel undefiniert – TIR kann nicht auftreten. Aus diesem Grund ist TIR nur möglich, wenn Licht auf eine Grenzfläche mit einem Material mit niedrigerem Brechungsindex trifft. Das sollte Ihnen vertraut sein, wenn Sie darüber nachdenken: Sie können den Grund eines Pools von oben über dem Wasser sehen, aber die Wasseroberfläche sieht von unten silbrig und reflektierend aus; Die reflektierende Fläche eines Dachkantprismas sieht reflektierend aus, wenn Sie versuchen, von der Glas-zu-Luft-Seite hindurchzuschauen, aber wenn Sie von der Luftseite schauen, können Sie klar sehen.

Für sich genommen erfordert dies keine Faser, die einen Mantel hat. Luft hat einen Index sehr nahe bei 1, daher hat jedes andere Material einen höheren Index und leitet daher Licht ohne Verkleidung. Diese Situation wäre jedoch sehr instabil. Jegliches Material, das die Faser berührt, könnte einen Bereich erzeugen, in dem TIR nicht auftritt, und plötzlich würde die Faser undicht werden. Überlegen Sie, wie einfach es wäre, wenn dies passieren würde! Jede Art von Schmutz oder Öl auf der Faser würde TIR entweder vollständig eliminieren oder den kritischen Winkel so erhöhen, dass ein Teil des Lichts entweichen könnte. Das Gleiche gilt für die meisten Materialien, die Sie zur Befestigung der Faser verwenden, oder sogar für jede Art von Beschichtung, die Sie als mechanische Barriere gegen Schmutz auftragen.

Daher haben Fasern in der Praxis einen Mantel, um sicherzustellen, dass die optischen Führungseigenschaften unter realen Bedingungen weiterhin funktionieren. Sie bieten Ingenieuren auch eine andere Möglichkeit, die Eigenschaften der Faser anzupassen, also sind wir definitiv nicht unzufrieden damit.

Denken Sie jedoch daran, dass es Beispiele für unverkleidete "Fasern" gibt, obwohl es sich normalerweise nur um Acrylstäbe handelt, die in Unterrichtsdemonstrationen verwendet werden, sodass ich sie nicht wirklich als Faser im üblichen Sinne des Wortes bezeichnen würde.

Denken Sie, dass eine Faser, die funktioniert, bis etwas Wasser darauf ist, akzeptabel wäre?

Damit die Faser in allen Umgebungen ein zuverlässiges, bekanntes Verhalten (Übertragungsgeschwindigkeit, Dämpfung, Wellenlängenakzeptanz) aufweist, muss die Totalreflexion an einem gut definierten externen Material erfolgen.

Das ist die Verkleidung.

Eine optische Faser ohne Mantel existiert, ist aber schwer davon zu profitieren:

Der Kondensstreifen von Jets ist unter besonderen Umständen eine optische Faser: Eiskristalle in Form von sechseckigen Platten entstehen bei nassen und sehr kalten Temperaturen in großen Höhen, typischerweise über 10 km, und bilden eine fast zylindrische Röhre, die sich über Hunderte erstrecken kann von Kilometern. Wenn die Atmosphäre ruhig ist, sinken die Eiskristalle langsam parallel zum Boden und oszillieren bis zu einem Maximum von 8 Grad von der Vertikalen, und wenn sie von der Sonne oder dem Mond beleuchtet werden, sind sie auf Meereshöhe nicht sichtbar, senkrecht zum Zylinder Rohr an der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf den Betrachter sieht er das Licht.

Das Licht wird unter Totalreflexionsbedingungen mit sehr geringer Absorption von Kristall zu Kristall reflektiert und einer Polarisation unterzogen.

Der Beobachtungsbeweis:

Die wahrgenommenen üblichen Formen sind wie „Scheiben, Zigarren, Dreiecke“ und entsprechen einer Art Schnittpunkt einer Ebene mit einem Zylinder.

Eine geringfügige Änderung des Winkels zwischen Sonne/Mond, Kondensstreifen und Beobachtern führt zu einer signifikanten Änderung der Lichter, die eine Zerlegung von weißem Licht sind. Wenn Sie eine Geschwindigkeitsänderung beobachten, die nicht mit der Bewegung eines bekannten Objekts übereinstimmt, denken Sie daran, dass sich das Licht mit c-Geschwindigkeit bewegt ;-) und die Rotation der Erde um ihre Achse zu den sich ändernden Winkeln beiträgt. Die Verteilung der Beobachtungen von UFOs in Raum und Zeit begleitet historisch die Evolution der Luftfahrt.

In kälteren Gebieten wie Alaska und Nordnorwegen, mit mehr Kandidaten für Beobachter und mit kommerziellen Polarflugrouten, bedeutet dies, dass es mehr Berichte über Beobachtungen gibt. Außerdem kann das von der Eiskappe reflektierte Licht auch mehr Licht in den Kondensstreifen einbringen. In Gebieten mit wenig kommerziellen Flugrouten wie dem Südpazifik gibt es kaum Beobachtungen von UFOs.

Sie sind das, was wir UFOs by Night nennen.
Dies ist nicht die Physik, die bei den Tageslichtbeobachtungen involviert ist.