(共3张PPT)
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。
2.传导原理:光纤一般由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成。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≥临界角C,光会在光纤内不断发
生全反射。故光由光纤一端进入,在内芯和外套的界面上经多次全反射从另一端射出,如图
所示。
第4节 光导纤维及其应用
知识 清单破
知识点 1 光导纤维的工作原理
1.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。
2.光纤网是信息社会的重要基石,“光纤到户”是信息社会的重要标志。
知识点 2 光纤通信
1.光在光纤中传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射。 ( )
2.光纤通信的主要优点是容量大。 ( )
3.光在光导纤维中的传播速度等于真空中的光速c。( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
√
√
光在光导纤维中的传播速度小于真空中的光速c。
提示第4章 光的折射和全反射
第4节 光导纤维及其应用
基础过关练
题组一 光导纤维的构造、原理
1.关于光纤的说法,正确的是 ( )
A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大
B.光纤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.光纤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,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的
2.(多选题)光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成,如图所示,其中内芯的折射率为n1,外套的折射率为n2,下列说法正确的是 ( )
A.内芯和外套的折射率应满足n1>n2
B.内芯和外套的折射率应满足n1C.从左端面入射的光线,其入射角θ必须大于某值,全部光才能被传导
D.从左端面入射的光线,其入射角θ必须小于某值,全部光才能被传导
题组二 光导纤维的实际应用分析
3.(多选题)如图所示是一条光导纤维的一段,长度为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2。若光在真空中传播速度为c,则对于光由该光纤的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中,下列判断中正确的是 ( )
A.n1B.n1>n2
C.光通过光缆的时间等于
D.光通过光缆的时间大于
4.光导纤维可简化为长玻璃丝,直径只有几微米到一百微米,很细且可以弯折一定程度。如图所示将一半径为r的圆柱形光导纤维,做成外半径为R的半圆形,一细光束由空气中从纤维的左端面圆心O1点射入,入射角α=53°,已知光导纤维对该光的折射率为,sin 53°=0.8,sin 37°=0.6。要使从左端面射入的光能够不损失地传送到半圆形光导纤维的另一端,外半径R需满足的条件为 ( )
A.R≥4r B.R≥16r C.R≤16r D.R≤4r
5.如图所示,一根长为l=5.0 m的光导纤维用折射率n=的材料制成。一束激光由其左端的中心点以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:(c=3×108 m/s)(结果保留两位有效数字)
(1)该激光在光导纤维中的速度v。
(2)该激光在光导纤维中传输所用的时间。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.AD 3.BD 4.B
1.C 光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到几十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。当载有声音、图像等信号的激光在光导纤维内传播时,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,故选C。
2.AD 光纤通信是利用了光的全反射原理,光只有从光密介质进入光疏介质中时,才能发生全反射,因而内芯和外套的折射率应满足n1>n2。从题图中看由左端面入射的光线,其入射角越小,进入介质后,在内芯与外套的界面上入射角越大,越易发生全反射,故A、D正确。
3.BD 当光从光密介质射入光疏介质时才可能发生全反射,而光密介质的折射率大于光疏介质的折射率,所以玻璃芯的折射率大于外层材料的折射率,即n1>n2,故A错误,B正确;光在玻璃芯中经过的路程为x=,光在玻璃芯中的传播速度为v=,则光通过光缆的时间为t==>,故C错误,D正确。
4.B 由n=,代入数据得β=37°,设在光导纤维中发生全反射的临界角为C,若光不损失应满足γ≥C,即sin γ≥sin C=,如图所示,由正弦定理可得=,联立解得R≥16r,故选B。
5.答案 (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10-8 s
解析 (1)由n=可得v≈2.1×108 m/s。
(2)由n= 可得光线从左端面射入后的折射角为30°,射到侧面时的入射角为60°,大于临界角45°,因此会发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线到达右端面。由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s=,因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t=≈2.7×10-8 s。
