Question

【題目】光纖主要由折射率較大的纖芯與折射率較小的外套組成。在光纖中傳輸?shù)男盘?hào)是脈沖光信號(hào)。當(dāng)一個(gè)光脈沖從光纖中輸入，經(jīng)過一段長(zhǎng)度的光纖傳輸之后，其輸出端的光脈沖會(huì)變寬，這種情況較嚴(yán)重（脈沖變寬到一定程度）時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)不能被正確傳輸。引起這一差別的主要原因之一是光通過光纖纖芯時(shí)路徑長(zhǎng)短的不同（如圖），沿光纖軸線傳輸?shù)墓饫w用時(shí)最短，在兩種介質(zhì)界面多次全反射的光線用時(shí)最長(zhǎng)。為簡(jiǎn)化起見，我們研究一根長(zhǎng)直光纖，設(shè)其內(nèi)芯折射率為n1，外套折射率為n2。在入射端，光脈沖寬度（即光持續(xù)時(shí)間）為Δt，在接收端光脈沖寬度（即光持續(xù)時(shí)間）為Δt’, Δt’>Δt

A. 為了保證光脈沖不從外套“漏”出，內(nèi)芯和包套材料折射率的關(guān)系應(yīng)滿足：n1<n2

B. 內(nèi)芯材料的折射率n1越大，光脈沖將越不容易從外套“漏”出

C. 為了盡可能減小Δt’和Δt的差值，應(yīng)該選用波長(zhǎng)更短的光

D. 為了盡可能減小Δt’和Δt的差值，應(yīng)該減小光纖的直徑

Answer 1

【答案】B

【解析】

發(fā)生全反射的必要條件是：光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，即從折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì)，所以當(dāng)內(nèi)芯的折射率比外套的大時(shí)，光在內(nèi)芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射，故，A錯(cuò)誤；根據(jù),可知內(nèi)芯材料的折射率越大，全反射的臨界角C越小，越容易發(fā)生全反射，則光脈沖將越不容易從外套“漏”出，B正確；設(shè)光纖的長(zhǎng)度為L，則光通過光纖軸線傳輸用時(shí)最短，光在光纖中的速度，則最短時(shí)間有； 設(shè)光從左端面的A點(diǎn)以入射，折射角為，在B點(diǎn)全反射時(shí)的入射角和反射角為，如圖所示：

如果就是光在光導(dǎo)纖維全反射的臨界角C，則光在介質(zhì)中的傳播時(shí)間為最長(zhǎng)，，所以光通過光導(dǎo)纖維所用的最長(zhǎng)時(shí)間為：，故，所以選用波長(zhǎng)更短的光時(shí)，頻率越大，折射率越大，越大，而的表達(dá)式與光纖的直徑無關(guān)，CD錯(cuò)誤。