4.4 光导纤维及其应用(共16张PPT)课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共16张PPT)
第四章 光的折射和全反射
第4节 光导纤维及其应用
物理学家提出用光导纤维实现高效传输信息的设想，由此引发了一场光纤通信的革命，推动了高速互联网等现代通信的发展。光导纤维是什么？为何能高效传输信息？
1.初步了解光导纤维原理。
2.了解光纤通信及光纤在生活中的应用。
3.认识光纤技术对经济、社会、生活的重大影响,体会科学技术对社会进步的作用。
1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维。
高锟（1933-2018）
光导纤维
01 光导纤维的工作原理
1.光导纤维：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，再包上折射率比它小的材料，就制成了光导纤维，简称光纤。
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，激光可由激光笔产生，观察光的传播路径。
【视频：水流导光】
有部分光会顺着这股水流弯曲传播，这是光的全反射所致。如果在实验中用的不是水流，而是上面提到的光纤，我们同样会看到，光一直在光纤中传播，直到从光纤另一端射入空气。
2.光导纤维的组成：由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
外套
内芯
光在光纤内传播时，由光密介质(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角i ≥ C，光会在光纤内不断发生全反射。
光会在光纤中从一端传到另一端，不会在中途漏射出来
实际上，光纤材料的折射率是多层渐变的
通常把若干根光纤集成一束，制成光缆
光纤通信是光纤的一个重要应用。光纤通信中，先将传送的信息转换为光信号，通过光纤将光信号传输到接收端，接收端再将光信号还原为原信息。
02 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。
光导纤维的其他应用
（1）医学上的内窥镜
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。
作为载体，传递信息
（2）光纤装饰照明
1.光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A.内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B.内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C.内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D.内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A
2.某工厂研发了一种室内光纤照明系统，如图甲所示，主要材料为塑料光纤。这种光纤由聚苯乙烯等作为芯层材料，氟塑料等作为皮层材料，具有质轻、柔软、光传导能力大的特点。图乙是光纤中光传导的原理示意图。下列说法正确的是( )
A.光在该光纤中的传播速率大于在真空中的速率，以便于快速传播
B.光在该光纤中利用全反射现象减小传输中的损耗，实现良好照明效果
C.为保证光全被约束在纤芯中，芯层材料的折射率需小于皮层材料的折射率
D.为保证光全被约束在纤芯中，光进入光纤时的入射角只能是90°
B
3.光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点O以 的入射角射入一直线光导纤维内，恰好在光导纤维的侧面（侧面与过O的法线平行）发生全反射，如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A.光纤内芯的折射率比外套的小
B.频率越大的光在光纤中传播的速度越小
C.光从左端空气中进入光纤内芯后，其频率变大
D.
B