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第四章 光的折射和全反射
第4節 光導纖維及其應用
物理學家提出用光導纖維實現高效傳輸信息的設想，由此引發了一場光纖通信的革命，推動了高速互聯網等現代通信的發展。光導纖維是什么？為何能高效傳輸信息？
1.初步了解光導纖維原理。
2.了解光纖通信及光纖在生活中的應用。
3.認識光纖技術對經濟、社會、生活的重大影響,體會科學技術對社會進步的作用。
1966 年，33 歲的華裔科學家高錕提出：光通過直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來傳輸大量信息。高錕因此獲得 2009 年諾貝爾物理學獎。根據這一理論制造的光導纖維。
高錕（1933-2018）
光導纖維
01 光導纖維的工作原理
1.光導纖維：把石英玻璃拉成直徑幾微米到幾十微米的細絲，再包上折射率比它小的材料，就制成了光導纖維，簡稱光纖。
做一做：水流導光
將塑料瓶下側開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔，激光可由激光筆產生，觀察光的傳播路徑。
【視頻：水流導光】
有部分光會順著這股水流彎曲傳播，這是光的全反射所致。如果在實驗中用的不是水流，而是上面提到的光纖，我們同樣會看到，光一直在光纖中傳播，直到從光纖另一端射入空氣。
2.光導纖維的組成：由折射率較大的內芯和折射率較小的外套組成，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射。
外套
內芯
光在光纖內傳播時，由光密介質(n1)入射到光疏介質(n2)，若入射角i ≥ C，光會在光纖內不斷發生全反射。
光會在光纖中從一端傳到另一端，不會在中途漏射出來
實際上，光纖材料的折射率是多層漸變的
通常把若干根光纖集成一束，制成光纜
光纖通信是光纖的一個重要應用。光纖通信中，先將傳送的信息轉換為光信號，通過光纖將光信號傳輸到接收端，接收端再將光信號還原為原信息。
02 光纖通信
光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強。
一路光纖的傳輸能力理論值為二十億路電話，一千萬路電視。
光導纖維的其他應用
（1）醫學上的內窺鏡
用來檢查人體內臟的內部實際的內窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生觀察。
作為載體，傳遞信息
（2）光纖裝飾照明
1.光導纖維的結構如圖所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播.以下關于光導纖維的說法正確的是( )
A.內芯的折射率比外套大，光傳播時在內芯與外套的界面發生全反射
B.內芯的折射率比外套小，光傳播時在內芯與外套的界面發生全反射
C.內芯的折射率比外套小，光傳播時在內芯與外套的界面發生折射
D.內芯的折射率與外套相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用
A
2.某工廠研發了一種室內光纖照明系統，如圖甲所示，主要材料為塑料光纖。這種光纖由聚苯乙烯等作為芯層材料，氟塑料等作為皮層材料，具有質輕、柔軟、光傳導能力大的特點。圖乙是光纖中光傳導的原理示意圖。下列說法正確的是( )
A.光在該光纖中的傳播速率大于在真空中的速率，以便于快速傳播
B.光在該光纖中利用全反射現象減小傳輸中的損耗，實現良好照明效果
C.為保證光全被約束在纖芯中，芯層材料的折射率需小于皮層材料的折射率
D.為保證光全被約束在纖芯中，光進入光纖時的入射角只能是90°
B
3.光纖通訊中信號傳播的主要載體是光纖，它的結構如圖甲所示。一束激光由光導纖維左端的點O以 的入射角射入一直線光導纖維內，恰好在光導纖維的側面（側面與過O的法線平行）發生全反射，如圖乙所示。下列說法中正確的是( )
A.光纖內芯的折射率比外套的小
B.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越小
C.光從左端空氣中進入光纖內芯后，其頻率變大
D.
B

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