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Aufgabenstellung:

  1. Unter welchem größten Winkel tritt Licht aus einem Lichtleiter (Glasfaser) aus?
  2. Wie groß muss mindestens die Brechzahl eines Lichtleiters (Glasfaser ohne Mantel) sein, damit Licht für jeden Einfallswinkel durch Totalreflexion transportiert wird - auch an der Stirnseite streifend einfallendes Licht.
  3. Wie groß erscheint auf der Wasseroberfläche der Durchmesser einer punktförmigen Lichtquelle, die in Wassertiefe in alle Richtungen strahlt? Wasser ; Luft:
  4. Wie groß ist der Laufzeitunterschied von rotem und grünem Licht in einer langen Glasfaser?

Lösungsweg:

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1. Unter welchem größten Winkel tritt Licht aus einem Lichtleiter (Glasfaser) aus?

Skizze

Abbildung

Für Totalreflexion wird minimal:

Brechungsgesetz:

2. Wie groß muss mindestens die Brechzahl eines Lichtleiters (Glasfaser ohne Mantel) sein, damit Licht für jeden Einfallswinkel durch Totalreflexion transportiert wird - auch an der Stirnseite streifend einfallendes Licht.

Bei streifendem Einfall an der Stirnseite liegt der Grenzfall der Totalreflexion vor. Die einfallenden und am Glasmantel reflektierten Strahlen müssen erfüllen, somit folgt:

3. Wie groß erscheint auf der Wasseroberfläche der Durchmesser einer punktförmigen Lichtquelle, die in Wassertiefe in alle Richtungen strahlt?

Außerhalb des Leuchtflecks findet Totalreflexion statt.

Durchmesser

4. Wie groß ist der Laufzeitunterschied von rotem und grünem Licht in einer langen Glasfaser?

Lösung: