1、1第第4 4章：光的折射与全反射章：光的折射与全反射第第3 3节：光导纤维及其应用节：光导纤维及其应用2发展历史发展历史 1880-AlexandraGrahamBell发明光束通话传输发明光束通话传输 1960-电射及光纤之发明。电射及光纤之发明。 1966-华裔科学家华裔科学家“光纤之父光纤之父”高锟高锟 预言光纤将用于通信。预言光纤将用于通信。 1970-美国康宁公司成功研制成传输损耗只有美国康宁公司成功研制成传输损耗只有20dm/km的光纤。的光纤。 1977-首次实际安装电话光纤网路。首次实际安装电话光纤网路。 1978-FORT在法国首次安装其生产之光纤电。在法国首次安装其生产之光
2、纤电。 1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中国光纤之父中国光纤之父”。 1990-区域网路及其他短距离传输应用之光纤。区域网路及其他短距离传输应用之光纤。 2000-到屋边光纤到屋边光纤=到桌边光纤。到桌边光纤。 2005 FTTH(Fiber To The Home)光纤直接到家光纤直接到家庭。庭。3光光导纤维简称导纤维简称光纤，是光纤，是光通信光通信的传输的传输材料，是材料，是像头发丝那像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的样细的透明玻璃纤维制成的光缆。在玻璃纤维中传导的光缆。在玻璃纤维中传导的不是电不是电信号，而信号，
3、而是光是光信号，信号，故故称其为光导纤称其为光导纤维。维。一一、光导纤维的工作原理、光导纤维的工作原理4光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或或62.5m），中），中 间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125m），最外是加强用的树脂涂），最外是加强用的树脂涂层。层。一一、光导纤维的工作原理、光导纤维的工作原理5一一、光导纤维的工作原理、光导纤维的工作原理6光导纤维内芯的折射率大于外层的折射率光导纤维内芯的折射率大于外层的折射率一一、光导纤维的工作原理、光导纤维的工作原理8例例1如图所示，一
4、透明塑料棒的折射率为如图所示，一透明塑料棒的折射率为n，光线由棒的一端面射入，当入射角光线由棒的一端面射入，当入射角i在一定在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。范围内变化时，光将全部从另一端面射出。当入射角为当入射角为i时，光在棒的内侧面恰好发生时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。全反射。 例例2.2.如图所示，一条长度为如图所示，一条长度为L L=5.0m=5.0m的光导纤维的光导纤维用折射率为用折射率为n n= = 的材料制成。一细束激光由其的材料制成。一细束激光由其左端的中心点以左端的中心点以= 45= 45的入射角射入光导纤维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。
5、求：该内，经过一系列全反射后从右端射出。求：该激光在光导纤维中的速度激光在光导纤维中的速度v v是多大？该激光在光是多大？该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？导纤维中传输所经历的时间是多少？210二二、光纤通讯、光纤通讯11单信道全光中继数字通信单信道全光中继数字通信光光-电电-光中继的数字通信光中继的数字通信12光导纤维光导纤维13 光导纤维的用途非常广泛在医学上可用光导纤维窥视人光导纤维的用途非常广泛在医学上可用光导纤维窥视人体内部的情况，或把体内的病变情况用光导纤维传送出图像，体内部的情况，或把体内的病变情况用光导纤维传送出图像，供医生直接观察或拍出照片以作进一步的研究如果把能量足
6、供医生直接观察或拍出照片以作进一步的研究如果把能量足够大的激光通过光导纤维传输到人体内，还可以用激光在体内够大的激光通过光导纤维传输到人体内，还可以用激光在体内作外科手术或制止内出血，如治疗胃溃疡病人的内出血等作外科手术或制止内出血，如治疗胃溃疡病人的内出血等 用激光和光导纤维进行光纤通信，是光纤应用的一个重要用激光和光导纤维进行光纤通信，是光纤应用的一个重要方面，已取得了重大的成就光纤通信的优点很多第一，光方面，已取得了重大的成就光纤通信的优点很多第一，光纤的能量损耗低第二，光纤是电介质，绝缘性能好，不担心纤的能量损耗低第二，光纤是电介质，绝缘性能好，不担心被雷击，并能抗电磁干扰，可在有较强
7、电磁干扰的环境中使被雷击，并能抗电磁干扰，可在有较强电磁干扰的环境中使用第三，光纤体积小、质量小、易弯曲、可组成各种光缆，用第三，光纤体积小、质量小、易弯曲、可组成各种光缆，便于敷设和维护便于敷设和维护 由于光纤通信有上述优点，在短短的几十年间已得到迅速由于光纤通信有上述优点，在短短的几十年间已得到迅速发展我国的北京、天津、南京、上海、武汉、广州、沈阳、发展我国的北京、天津、南京、上海、武汉、广州、沈阳、哈尔滨等大城市间均有了光纤通信，并且通信的范围还在迅速哈尔滨等大城市间均有了光纤通信，并且通信的范围还在迅速扩大中扩大中 14内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用151光导纤维的结构如图，其内
8、芯和外套材料不同，光在内芯光导纤维的结构如图，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的大，光传播时在内芯与外套的界面内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射上发生全反射B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射上发生全反射C内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射上发生折射D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用保护作用思考与讨论思考与讨论A162如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出 (1)求该玻璃棒的折射率(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射思考与讨论思考与讨论17作业作业课本课本P90：T3，T4
