题目内容
【题目】图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.
(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件;
(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.
【答案】(1)(2)
【解析】
(ⅰ)设光线在端面AB上C点(见图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律,有
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在此光导纤中传播,应有
式中,θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足
由几何关系得
④
由①②③④式通过三角变换得
⑤
(ⅱ)光在玻璃丝中传播速度的大小为
⑥
光速在玻璃丝轴线方向的分量为
⑦
光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为
⑧
光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一 端面所需的时间最长,由②③⑥⑦⑧式得
⑨
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