4.4 光导纤维及其应用 课件（17张PPT）

(共17张PPT)
第4节 光导纤维及其应用
光纤通信(光缆)
做一做
水流导光
将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。
水流导光
想一想：
原理：
和光导纤维（光纤）是一个原理，光在从一种介质到另一种介质中的时候会发生反射和折射，使得光在介质内部多次反射最终从另一个方向投射出来。
水流导光
还记得全反射现象吧？
当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
由　　　　　　　　组成，二者的折射率不同，　　的折射率大， 的折射率小。
内芯和外套两部分
内芯
外套
光导纤维
一、光导纤维的工作原理
光线在光纤中传播
A、原理：利用全反射原理（思考光纤内外层折射率的差别）
B、作用：传输光、图象或者其他信息
C、优越性：光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强．
D、应用：光纤通信，医学及工业内窥镜，饰品等……
内层折射率大于外层折射率
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图 ）。 医学上用这种光纤制成内窥镜②（图 ）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
光也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信
二、光纤通信
光纤通信
光纤通信是光纤应用的一个重要方面，已取得了重大的成就。
优点：
1、光纤能耗低；
2、光纤是电介质，绝缘性好，不担心被雷击，并能抗电磁干扰，可在有较强电磁干扰的环境中使用；
3、光纤体积小，质量小，易弯曲，可组成各种光缆，便于敷设和维护。
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部。
实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信。
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。
虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
光纤
光纤通信网络
例1.关于光导纤维的说法，正确的是(　　)
A.光导纤维是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B.光导纤维是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C.光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D.在实际应用中，光导纤维必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的
解析　光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大.载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点.在实际应用中，光纤是可以弯曲的.答案　C
例2.如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以α= 45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出。求：
（1）该激光在光导纤维中的速度v是多大？
（2）该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？
解析
（1）由n=c/v 可得v=2.1×10-8m/s.
（2）由n=sinα/sinr可得
r=30°
r=30°
r'=60°
r'=60°＞45°
光线在光纤中通过的总路程为
激光在光导纤维中传输所经历的时间
例3、(多选)如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的界面,分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则(　　)
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
CD
【答案】：C、D
【解析】：在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不可能发生全反射现象,选项A错误,C正确。在界面Ⅱ光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,故界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角,因此光在界面Ⅱ上不可能发生全反射现象,选项B错误,D正确。