- 全反射：光导纤维
- 共297题
由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
正确答案
解：要保证不会有光线从侧壁射出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射。令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示
由折射定律：
由几何关系：α+β=90°，sinα=cosβ
由全反射临界角的公式：
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i=90°，sini=1
故
解得n=
光导纤维的折射率应为n≥
被称为“光纤之父”的华裔物理学家高锟，由于在光纤传输信息研究方面做出了巨大贡献，与两位美国科学家共获2009年诺贝尔物理学奖，光纤由内芯和外套两层组成。某光纤内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，其剖面如图所示。在该光纤内芯和外套分界面上发生全反射的临界角为60°，为保证从该光纤一端入射的光信号都不会通过外套“泄漏”出去，求内芯的折射率n1的最小值。
正确答案
解：如图所示，由题意在内芯和外套分界面上要发生全反射
当在端面上的入射角i最大（im=90°）时，折射角r也最大，在内芯与外套分界面上的入射角i'最小，如此时入射角等于临界角，则恰能保证信号不会通过外套“泄漏”
这时i'min=C=90°一rm
得rm=30°
在端面上im=90°时，由
得n1=2
所以，当n1=2时在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会通过外套“泄漏”出去
如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n。光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需要的最长时间为多少？（设光在真空中的光速为c）
正确答案
解：由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象。要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维侧壁的入射角刚好为光导纤维的临界角
光在光导纤维中传播的路程为
光在光导纤维中传播的速度为
所需最长时间为
2009年诺贝尔物理奖获得者高锟被称为光导纤维之父，光纤由折射率为n1的内芯和折射率为n2的包层构成，则n1____________n2（填“>” “<”或“=”）。若光导纤维长度为L，光以入射角θ射到内芯与包层的界面上，如图所示，已知光在真空中传播的速度为c，则光在内芯中传播的速度为____________，光信号从光导纤维的一端传播到另一端所需时间为____________。
正确答案
＞，
光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的________现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向________，且入射角等于或大于________。
正确答案
全反射；光疏介质；临界角
被称为“光纤之父”的华裔物理学家高锟，由于在光纤传输信息研究方面做出了巨大的贡献，与美国科学家共获2009年诺贝尔物理学奖。光纤由内芯和外套两层组成，为计算方便，忽略外套的厚度。一光导纤维全长L=10m，其内芯是由折射率为n=2的材料做成的。
（1）试证明从光纤左端不同入射角射入的光全部能无能量损失的传输到光纤右端。
（2）求在光纤中传播的光所需要的最长时间。
正确答案
（1）证明“略”
（2）
光导纤维长l，其折射率为n，光从一个端面进入，从另一端面射出，光在光纤中运动的最长时间是多少？
正确答案
解：光在光导纤维内是以全反射的方式传播的，每次的入射角都大于或等于临界角，但等于临界角时路程最大，时间最长，如图所示
由几何关系知：sinC=
设光经N次全反射从另一个端面射出，则总路程为s
s=(N+1)Δs=(N+1)nΔl=n(N+1)Δl=nl
光在玻璃中的传播速度v=
光在玻璃中传播的时间t=
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