11-2光纤传光原理.doc

11-2 光纤传光原理一、教学目的1了解光的全反射原理2掌握光的全反射条件3了解光纤传光原理二、教学重点难点重点：光的全反射条件难点：由折射定律 计算临界角三、教学器材光具盘四、教学建议教法建议：多媒体演示光的全反射现象，讲解，讨论教学设计方案：（一）多媒体课件演示引入新课草叶上露珠在阳光下晶莹透亮；透过杯壁观察盛满水的玻璃杯水面，光灿如银；水或玻璃中的气泡显得特别明亮。为什么会出现这一些现象呢？这些都是光的全反射引起的。（二）引出课程内容1光的全反射（1）通过下面的实验观察光发生了怎样的变化。让一束光沿着半圆柱玻璃砖从玻璃射向空气。（见11-7图），这时可以同时看到反射光线和折射光线，这两条光线都比入射光线要弱。增大入射角，折射角也随之增大，这时折射光线越来越弱，反射光线越来越强。当入射角增大到某一角度时，折射角等于，这时折射光线沿两种介质的界面传播。再增大入射角，折射光线消失，只剩下反射光线，光线全部反射回到玻璃中，如下图所示。此时的反射光线几乎与入射光线一样亮。图 11-7：观察光的全反射现象（2）光的全反射定义入射光全部被反射回原介质的现象称为光的全反射。对应于折射角的入射角称为临界角。(3) 光发生全反射必须具备的条件是： 光从光密介质射向光疏介质； 入射角大于临界角。复习提问：什么叫光疏介质，什么叫光密介质？答：两种介质相比较，折射率较小的（或光传播速度较大的）称为光疏介质；折射率较大的（或光传播速度较小的）称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。 记住：光的全反射现象只发生在光密介质内部，如果光线从光疏介质射入光密介质不会发生全反射。（4）临界角的计算同学们还记得上次课所学习的折射定律吗？（提问2到3名同学回答，并在黑板上写下折射定律表达式） 由折射定律可以计算临界角： (115)若光从某介质n射向真空(或空气)，则 =l 根据上式，只要知道某种介质的折射率n ，就可以求出它对真空(或空气)的临界角。书上用表112为我们列出了几种介质对真空(或空气)的临界角。（5）全反射技术的应用 全反射在生产技术中有着广泛的应用。用全反射棱镜可以制造潜望镜；利用光在光导纤维中的全反射传光、传像等更是当今世界上最先进的通信方式。 提问请同学们思考讨论： 全反射在生产技术中还有哪些广泛应用？（6）例题讲解例题1.某种玻璃的折射率=1.52，水的折射率=133，光线如何射人，可在界面发生全反射?临界角多大? 解 因为玻璃相对水是光密介质，所以只有当光从玻璃射向水里时才可能发生全反射，得 =0.875临界角=例题2. 在水中的鱼看来，水面上的所有景物，都出现在顶角大约为的倒立圆锥内(如图11-8所示)，这是什么原因?它与鱼在水中的深度有关吗? 解 水对空气来说是光密介质，光线由水射向空气时可能发生全反射，其临界角可由式 求得：=图11-8：鱼眼里的世界 光线由空气进入水中，当入射角在时，折射角在之间，即水面上所有入射光线进入水中的折射光线均在顶角为 (2)的倒立圆锥内。由于动物的眼睛总是习惯以光直线传播来确定被观察物体的位置，所以在水中的鱼看来，水面上所有景物都出现在顶角为的倒立圆锥内，显然，这与鱼在水中的深度无关。 2.光导纤维 光导纤维简称光纤，它是利用全反射原理使光沿着弯曲路径传播的光学元件。（1）光纤的构造及传光原理光纤由内芯和外芯两层组成，其中纤芯直径约375可由玻璃、石英、塑料等材料在高温下拉制而成。如图11-9所示，当光在芯线中传播时，由于包层的折射率比内芯折射率小，所以光从芯线射向包层的过程中会发生全反射，光线就可以从光纤的一端传至另一端。图11-9：光纤导光（2）光纤的应用光纤弯曲了也能传光，所以，光导纤维为光学窥视(传光、传像)和光通信的实现创造了良好的条件。 光纤主要应用于通信，把要传递的信号调制成光信号沿光纤传递出去，在接收端再把光信号解调就得到了原信号。 光纤通信已成为现代通信的主要支柱之一，它具有容量大，能耗低，灵敏度高，抗干扰，保密性能好等优点。光纤柔软，体积小，重量轻，使用寿命长。一条细如发丝的光纤，可替代25万条标准的铜质电缆线，一条光缆可以同时传送一万余路电话、上千套电视节目。光纤通信是建立综合业务数字网(ISDN)不可缺少的技术手段。它不仅可以在陆地上使用，而且被广泛用于海洋。目前，跨越大西洋、北太平洋的海底光缆已投入使用，这些越洋光缆几乎可以把整个地球环绕起来。 我国的光纤通信事业发展十分迅速，国内各大城市及西南、西北等边远地区都已敷设了光纤通信线路，国内巨大的光纤通信网络已初步形成。总长4万km、由全球92个国际公司投资的全世界最长、最大的国际通信光纤海缆“法新欧亚三号”，已于2000年投入使用。我国参与了这条海缆的投资并在上海和汕头设有登陆点。 目前，光纤通信已实现全世界计算机联网，今天的电子邮件(Email)通过国际互联网(Internet)已经把世界各地联结起来。随着网络的普及和发展，光纤通信已进入人们的工作、生活，并将为未来的社会生活带来巨大的变化。 光纤不仅在通信技术方面取得显著成就，在传送电能方面也具有独特的优点，如果能实现利用光纤传输电能，将能大大降低电网的造价，不仅安全可靠，而且能节约有色金属，延长电网使用周期。（三）、教学小结光的全反射 1全反射现象 光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角逐渐增大，折射光线离法线越来越远，强度越来越弱，反射光越来越强。当折射角达到时，再增大入射角，折