کمابیش همه ما درباره فیبر های نوری شنیده ایم. برای توضیح اساس کار این فیبر ها، می توان آزمایش بسیار ساده و جالبی انجام داد.
مشابه اتفاقی که در فیبر نوری می افتد، می توان با یک باریکه آب و لیزر نشان داد. کافی است یک بطری پلاستیکی را از آب پر کرده، حفره ای نزدیک انتهای آن ایجاد کنیم تا باریکه ای از آب به آرامی از آن سرازیر شود. تنها کار باقی مانده این است که پرتوی لیزر را از پشت بطری، به درون باریکه ی آب بتابانیم. بخش اعظم پرتوی لیزر، درون باریکه آب بازتابش کلی می یابد و همراه باریکه به پایین سرازیر می شود. در فیلم زیر می توانید نمونه ای از این آزمایش را مشاهده کنید:
علت به دام افتادن نور در این شرایط و در فیبر های نوری، پدیده ای است موسوم به بازتابش کلی داخلی (total internal reflection). اگر نور هنگام عبور از یک محیط غلیظ تر به سمت یک محیط رقیق تر، تحت زاویه ای خاصی نسبت به خط عمود بر فصل مشترک جدایی دو محیط بتابد، پرتوی شکست به جای خروج از محیط غلیظ، در امتداد مرز میان دو محیط منتشر می شود. این زاویه، زاویه حد (critical angle) نامیده می شود.
اندازه زاویه حد، مطابق قانون شکست اسنل، از راه معادله زیر محاسبه می شود:
sin θc = V1∕V2
که در آن θc زاویه حد، V1 سرعت نور در محیط غلیظ تر و V2 سرعت نور در محیط رقیق تر است. اگر زاویه پرتوی نور از زاویه حد بیشتر باشد، نور به سمت داخل محیط بازتاب می شود که این همان پدیده بازتابش کلی داخلی است. بازتابش های کلی متوالی در باریکه آب و همچنین فییر نوری موجب به دام افتادن نور درون یک مسیر مشخص می شود.
منبع فیلم و بخشی از توضیحات: دپارتمان فیزیک و اختر شناسی دانشگاه یوتا
