题目内容
【题目】光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成。在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入,经过一段长度的光纤传输之后,其输出端的光脉冲会变宽,这种情况较严重(脉冲变宽到一定程度)时会导致信号不能被正确传输。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同(如图),沿光纤轴线传输的光纤用时最短,在两种介质界面多次全反射的光线用时最长。为简化起见,我们研究一根长直光纤,设其内芯折射率为n1,外套折射率为n2。在入射端,光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt,在接收端光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt’, Δt’>Δt
A. 为了保证光脉冲不从外套“漏”出,内芯和包套材料折射率的关系应满足:n1<n2
B. 内芯材料的折射率n1越大,光脉冲将越不容易从外套“漏”出
C. 为了尽可能减小Δt’和Δt的差值,应该选用波长更短的光
D. 为了尽可能减小Δt’和Δt的差值,应该减小光纤的直径
【答案】B
【解析】
发生全反射的必要条件是:光必须从光密介质射入光疏介质,即从折射率大的介质射入折射率小的介质,所以当内芯的折射率比外套的大时,光在内芯与外套的界面上才能发生全反射,故,A错误;根据,可知内芯材料的折射率越大,全反射的临界角C越小,越容易发生全反射,则光脉冲将越不容易从外套“漏”出,B正确;设光纤的长度为L,则光通过光纤轴线传输用时最短,光在光纤中的速度,则最短时间有; 设光从左端面的A点以入射,折射角为,在B点全反射时的入射角和反射角为,如图所示:
如果就是光在光导纤维全反射的临界角C,则光在介质中的传播时间为最长,,所以光通过光导纤维所用的最长时间为:,故,所以选用波长更短的光时,频率越大,折射率越大,越大,而的表达式与光纤的直径无关,CD错误。