鲁科版高中物理选修3-4课件-光导纤维及其应用课件2.ppt

1、第3节光导纤维及其应用目标定位目标定位初步了解光导纤维的工作原理及其在生产，生初步了解光导纤维的工作原理及其在生产，生活中的应用。认识光线技术对经济社会生活的活中的应用。认识光线技术对经济社会生活的重大影响。重大影响。三、光导纤维及其应用三、光导纤维及其应用1.1.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。介质两层组成。2.2.原理：内芯的折射率比外层的原理：内芯的折射率比外层的_，光传播时在内芯与外层，光传播时在内芯与外层的界面上发生的界面上发生_。3.3.主要优点：容量大、主要优点：容量大、_损耗小、抗干扰能力强、

2、损耗小、抗干扰能力强、_性性好等。好等。大大全反射全反射能量能量保密保密一、光导纤维及其应用一、光导纤维及其应用1.1.光导纤维的工作原理：光导纤维的工作原理：(1)(1)全反射是光导纤维的基本工作原理。全反射的条件是：光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。临界角角C C的大小满足：的大小满足：1sinCn。(2)(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。光在射率较

3、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，若入射角光纤内传播时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角iCiC(临界角临界角)，光就会在光纤内不断发生全反射。实际用的光导纤，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，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。在内芯和外套的界面上发生全反射，如图所示。2.2.光纤通信：光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作光纤通信：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

4、各种数字信号的激光为载体来传递信息。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。信。【学而后思学而后思】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光纤为什么要由两层介质构成?提示：提示：光纤的工作原理是全反射光纤的工作原理是全反射,要由两种介质配合才能产生要由两种介质配合才能产生全反射现象。全反射现象。【典例典例1 1】如图所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维的如图所示是两个城市间的光缆中的一条光

5、导纤维的一段，光缆总长为一段，光缆总长为L L，它的玻璃芯的折射率为，它的玻璃芯的折射率为n n1 1，外层材料的，外层材料的折射率为折射率为n n2 2。若光在空气中的传播速度近似为。若光在空气中的传播速度近似为c c，则对于光由，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判断中正确的是()()A.nA.n1 1nn2 2，光通过光缆的时间等于，光通过光缆的时间等于B.nB.n1 1nnn2 2，光通过光缆的时间等于，光通过光缆的时间等于D.nD.n1 1nn2 2，光通过光缆的时间大于，光通过光缆的时

6、间大于1nLc1nLc1nLc1nLc【解题探究解题探究】(1)(1)光在光导纤维中产生全反射的条件是什么？光在光导纤维中产生全反射的条件是什么？提示：提示：光由光密介质进入光疏介质，即光由光密介质进入光疏介质，即n n1 1nn2 2，入射角大于临界，入射角大于临界角。角。(2)(2)光在介质中通过的路程和速度分别是多少？光在介质中通过的路程和速度分别是多少？提示：提示：路程为路程为 ,速度为速度为 。Lsin1cn【标准解答标准解答】选选D D。光从光密介质射入光疏介质，才可能发生。光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故全反射，故n n1 1nn2 2；光在内芯传播的路程；光在内芯

7、传播的路程 光在内芯的光在内芯的传播速度传播速度 所以所以 故故D D正确。正确。Lssin，1cvn，1snLtvc sin，【总结提升总结提升】对光导纤维的折射率要求对光导纤维的折射率要求设光导纤维的折射率为设光导纤维的折射率为n,n,当入射光线的入射角为当入射光线的入射角为1 1时，进入时，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：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：由以上各式可得：1221sinsinCnC90nsin，21sinn1 。由图可知：当由图可知：当1 1增大时，增大时，2 2增大，而从纤维射向空气中光线增大，而从纤维射

8、向空气中光线的入射角的入射角减小，当减小，当1 1=90=90时，若时，若=C=C，则所有进入纤维中，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有的光线都能发生全反射，即有 以上是光从纤维射向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，因此折射率要比比真空的折射率大，因此折射率要比 大些。大些。n2，2【变式训练变式训练】光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容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量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国

9、正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是()()A A光纤通信利用光作为载体来传播信息光纤通信利用光作为载体来传播信息B B光导纤维传递光信号是利用光的折射原理光导纤维传递光信号是利用光的折射原理C C光导纤维传递光信号是利用光的色散原理光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D D目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝【解析解析】选选A A、D D。光纤通信利用光作为载体来传播信息，。光纤通信利用光作为载体来传播信息，A A项项正确；光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，正确；光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，B B、C C项错；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，目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，D D项正项正确。确。