4.3 光导纤维及其应用 课件 (1)

课件20张PPT。4.3 光导纤维及其应用1.当光线在界面发生反射时，反射角_____(选填“大于”“小
于”或“等于”)入射角。
2.当光由空气射入玻璃时，折射角_____(选填“大于”“小于”
或“等于”)入射角。
3.当光由真空射入介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比
等于该介质的_______。
4.不同介质的折射率_____，所以光在不同介质中的传播速度
也不同。等于小于折射率不同一、光导纤维及其应用
1.构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。
2.原理：内芯的折射率比外层的___，光传播时在内芯与外层的界面上发生_______。
3.主要优点：容量大、_____损耗小、抗干扰能力强、_____性好等。大全反射能量保密【思考辨析】
1.判断正误：
光导纤维主要是应用了光的全反射。　(　　)
√。光导纤维主要是应用了光的全反射进行通信。
一、光导纤维及其应用
1.光导纤维的工作原理：
(1)全反射是光导纤维的基本工作原理。全反射的条件是：光
由光密介质射入光疏介质，但入射角大于或等于临界角。临界
角C的大小满足：(2)光导纤维的构造就是为了满足光的全反射。光纤一般由折
射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成。光在
光纤内传播时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角i≥C
(临界角)，光就会在光纤内不断发生全反射。实际用的光导纤
维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，
在内芯和外套的界面上发生全反射，如图所示。2.光纤通信：光也是一种电磁波，它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一端输入，就可以传到千里之外的另一端，实现光纤通信。【学而后思】
微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂,光纤为什么要由两层介质构成?
提示：光纤的工作原理是全反射,要由两种介质配合才能产生全反射现象。 【典例3】如图所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维的
一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的
折射率为n2。若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由
它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中，则下列
判断中正确的是( )
A.n1B.n1C.n1>n2，光通过光缆的时间等于
D.n1>n2，光通过光缆的时间大于【解题探究】(1)光在光导纤维中产生全反射的条件是什么？
提示：光由光密介质进入光疏介质，即n1>n2，入射角大于临界角。
(2)光在介质中通过的路程和速度分别是多少？
提示：路程为 ,速度为 。 【标准解答】选D。光从光密介质射入光疏介质，才可能发生
全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程 光在内芯的
传播速度 所以 故D正确。【总结提升】对光导纤维的折射率要求
设光导纤维的折射率为n,当入射光线的入射角为θ1时，进入
端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：
由以上各式可得： 由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线
的入射角θ减小，当θ1=90°时，若θ=C，则所有进入纤维中
的光线都能发生全反射，即有 以上是光从纤维射向
真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率
比真空的折射率大，因此折射率要比 大些。【变式训练】光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是( )
A．光纤通信利用光作为载体来传播信息
B．光导纤维传递光信号是利用光的折射原理
C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝【解析】选A、D。光纤通信利用光作为载体来传播信息，A项正确；光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，B、C项错；目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，D项正确。【典例】横截面为矩形的玻璃棒被弯成如图所示的形状,一束
平行光垂直地射入水平表面A上,要使通过表面A射入的光全部
从表面B射出,比值 最小是多少?(玻璃的折射率n=1.5)【标准解答】在如图所示的光路中,从玻璃棒的A端面入射的光
线,可分为左、中、右,其中最右边的一条光线,最难发生全反
射,设其入射角为∠1,只有当 时,才发生全反射,
根据几何关系知
依题意有
将n=1.5代入上式,解得
答案：2误区：误认为光纤就是光缆
产生误区的原因是对光纤通信的实际应用不熟悉，实际应用的光纤直径只有几微米到几十微米不等的细丝，实际使用时，通常把若干根光纤集成一束，制成光缆，不但提高了通信容量，也进一步提高了光纤的强度。 【典例】一束只含红光和紫光的复色光沿PO方向射入玻璃三棱镜然后分成两束光，并沿OM和ON方向射出(如图所示)，已知OM和ON两束光中只有一束是单色光，则( )
A.OM为复色光，ON为紫光
B.OM为复色光，ON为红光
C.OM为红光，ON为复色光
D.OM为紫光，ON为复色光【解析】通过以下表格进行逐项分析：