倏逝波

光的干涉及其应用

光的干涉及其与应用 （作者：赵迪） 摘要我们通过对光的干涉本质、种类及其各种应用做了一定的查阅与思考，汇总成为该文章。中文中重点介绍的是，光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用，由于文章内容和字数的限制，我们不能对所有提到的应用做出详细的表述，仅取其中的几个例子进行具体的介绍。 关键词光的干涉等倾干涉等厚干涉照相技术天文学 1 绪论 我们知道在光学的发展史上，“光的本质”这个问题进行了将近4个世纪的争论，直到爱因斯坦提出“波粒二象性”才将这个问题的争论暂时告一段落，本文所提到的的光的干涉现象就是这段精彩历史上不可磨灭的一部分。 1801年的英国由托马斯·杨设计的杨氏双缝干涉实验使得“微粒说”近乎土崩瓦解，并强有力的支持了“波动说”。1811年，阿拉格首先研究了偏振光的干涉现象。现代生活中，光的干涉已经广泛的用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自控等许多领域。 虽然“波粒二象性”已经作为主流说法，终结了这个问题的争论，但是对于现代生活来说，光的干涉及其理论所带来的影响却是不可或缺的。我们将在本文中简单介绍一下光的干涉在日常生活中、普通物理实验中的应用以及在天文学方面的发展和应用。 2 光的干涉现象与产生 2.1 现象简介 干涉，指满足一定条件的两列相干波相遇叠加，在叠加区域某些点的振动始终加强，某些点的震动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有着稳定的空间分布，而忽略时间的影响。

图2-1 复色光的干涉图样 由于光也具有波动性，因此，光也可以产生干涉现象，称为光的干涉。光的干涉通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间的条纹或圆环的分布；有时则表现为，当干涉装置的某一参量随空间改变时，某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替变化。 2.2 产生条件 2.2.1 主要条件 两列波的产生干涉的条件是：两列光波频率一致、相位差恒定、振动方向一致的相干光源才能产生光的干涉。 由于两个普通独立的光源发出的光不可能具有相同的频率，更不可能存在更不可能存在固定的相位差，因此，不可能产生干涉现象。 图2-2 单色光的干涉图样 2.2.2 补充条件 由于干涉图样的效果会受到称比度的影响，因此，两列相干波还须满足三个补充条件：①参与叠加的两束光光强不能相差太大；②参与叠加的两束光振动的夹角越小越好，虽然理论上小于2 即可产生叠加，但是对比度效果不好，即最好接近平行；③光程差不能相差太大。

第四章 光的反射与全反射

第一节 光的折射定律 一、光的反射定律：光在遇到障碍物发会发生反射，入射光线与反射面法线的夹角称为入射角，反射光线 与反射面法线的夹角称为反射角，如下图1所示。入射光线与反射光线遵循反射定律：反射光线与入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别们于法线两侧，且反射角等于入射角。 图1 图2 二、光的折射定律：光从一种介质射入另一种介质时，传播方向改变的现象叫光的折射，如上图2所示。 满足折射定律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居在法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，满足以下公式： n =sin θ1sin θ2 这个公式要注意几点： a) θ1是在真空（或者空气）中的光线与法线的夹角，θ2是在介质中的光线与法线的角度。n>1叫介质的折 射率，所以θ1>θ2。即光从真空中射入介质中，角度变小，光从介质中射入真空中，角度变大。 b) n 是介质的因有属性，由介质本身和入射光的频率决定，与入射角，折射角都无关。 c) 对于同一种介质，入射角变大，折射角也变大。 d) 对于同一个入射角，折射率变大，折射角越小，传播方向改变地越多，所以折射率的本质是改变光的传 播线路的能力。 e) 光路是可逆的，如果让光逆着折射光线从玻璃中射向界面，折射光线也逆着入射光线射向空气。 f) 光折射时，都伴随着反射现象，但是反射时不一定伴随着折射现象。 例1、假设某种材料的玻璃对空气的折射率为 2，一束光从空气从以45o 角射入该玻璃中，则反射角为_____，折射角为______，入射光线与反射光线间我角度为______，反射光线与折射光线之间的角度为______。若 一束光以30o 角从该玻璃射入空气中，则反射角为______，折射角为_____，入射光线与反射光线的角度为 _____，反射光线与折射光线的角度为______。（要求画出光路图） 例2、两束光以相同的入射角60o 从空气中射入A 、B 两种不同折射率的玻璃中，已知A 玻璃对空气的折射率为 2，B 玻璃对空气的折射率为 3，则两束光的折射角度之比为_______，画出光路图，比较哪束光偏离原来的传播方向更多______。 例3关于折射率的说法正确的是（ ） A. 根据折射定律，折射率与入射角的正弦值成正比 B. 根据折射定律，折射率与折射角的正弦值成反比 C. 根据折射定律，在入射角固定的前提下，折射角与折射率成正比。 D. 根据折射定律，在入射角固定的前提下，折射角与折射率成反比 例4、一束光线从空气射到另一种介质时，反射光线与入射光线的夹角为90。，折射光线与反射光线的夹角为105。，则反射角为_________，折射角为____________，折射率为___________。 例5、光线从与界面成30o 角的方向由空气射入某种液体中，反射光线和折射光线刚好垂直，则入射角为_____，反射角为______，折射角为________，折射率为________。

光纤通信波分复用系统的研究与设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文） 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术1002（光纤通信方向） 指导教师陈义华 2013年5月

作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： ____年___月___日

摘要 20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。 本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况，其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题，最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词：光纤通信；波分复用；技术研究

量子测量,弱测量的基础研究及其在引力波探测中的应用

量子测量，弱测量的基础研究及其在引力波探测中的应用 2016年,美国激光干涉引力波天文台发文宣称利用千米量级引力波探测仪 首次探测到13亿光年外双黑洞并合产生的引力波,证实了一百年前爱因斯坦关 于引力波的预言。这是一个注定载入科学史的历史性时刻,在伽利略首次使用光学望远镜观测宇宙的四百年后,人类再次拥有观测宇宙的新窗口。如果对于电磁波的探测使得人类看到了绚丽多彩的宇宙,那么对于引力波的探测将使我们听到来自宇宙深处的天籁之音。迄今为止,LIGO和VIRGO科学共同体已经发布了 6 次引力波事件,其中前5起均为双黑洞并合产生的引力波,而最引人瞩目的第6 次引力波事件来源于双中子星旋近过程,其光学对应体被全球几十家天文学机构观测到,标志着多信使天文学的正式开端。 引力波探测仪的核心是一台“魔改”版迈克尔逊干涉仪,大量高精尖技术的使用使得探测仪的探测灵敏度在探测窗口内高到可以探测到质子半径万分之一 的长度变化,令人叹为观止。尽管如此,由于引力波极其微弱,现有引力波探测仪的探测灵敏度仍然需要被进一步提高以满足未来引力波天文学研究的需要。目前提高探测灵敏度的方法主要聚焦于技术升级和建造更长臂长的探测仪。一个有趣和重要的问题是,不同于现有的技术路线,我们是否有可能找到一种基于不同运 行原理的新型引力波探测仪?量子测量理论的最新进展,特别是关于量子弱测量 的研究提供了这种可能性。 量子弱测量理论由Aharonov,Albert和Vaidman于1988年首次提出,其基本框架是系统与指针弱耦合后再对系统进行后选择,通过测量指针获取系统的信息。由于量子弱测量在诸如解决量子悖论,直接量子态重构,特别是信号放大等方面 的应用,使其成为近十年来的研究热点。在本论文中,我们首先解决了在量子弱测量框架内实现普适的极小相位信号放大的困难并给出了具体的光学实现构型,在此基础上,通过引入光学腔,我们正式提出并设计了以弱测量放大为基础的新型 激光干涉引力波探测仪WMAGO。详细的量子噪声谱计算表明,WMAGO在较高频段有潜力比现有的引力波探测仪如LIGO等拥有更低的量子噪声,这意味着对于以量 子噪声为主要噪声的引力波探测仪,WMAGO可以在较高频段拥有更好的探测灵敏 度以及更大的带宽。 本博士论文包含的研究结果有以下几个方面:1:基于只有可观测量的本征态

《全反射》教案

第二节 全反射 教学目标 一、知识目标 1.知道什么是光疏介质，什么是光密介质. 2.理解光的全反射. 3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题. 4.知道光导纤维及其应用. 二、能力目标 1.会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图. 2.会判断是否发生全反射并画出相应的光路图. 3.会用全反射解释相关的现象. 4.会计算各种介质的临界角. 三、德育目标 通过对蜃景现象的学习明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法. ●教学重点 全反射条件，临界角概念及应用. ●教学难点 临界角概念、临界条件时的光路图及解题. ●教学方法 本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI 课件，使其有更生动的感性认识. ●教学用具 光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合） ●教学过程 一、引入新课 让学生甲到黑板前完成图19—21及图19—22两幅光路图（完整光路图） （学生甲画图时遗漏了反射光线） ［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？ ［学生］有一部分被反射回去. （学生甲补画上反射光线） ［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角… ［学生齐答］小于入射角. ［教师］光从水中进入空气时，折射角… ［学生齐答］大于入射角. ［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？

二、新课教学 （一）光密介质和光疏介质 1.给出光密介质和光疏介质概念. 2.让学生指出图19—21中的光密介质和光疏介质，再指出图19—23中的光密介质和光疏介质.让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的. 3.光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角. （本题让学生共同回答） （二）全反射 （设置悬念，诱发疑问） ［教师］在图19—22和图19—23中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？ （这时可以让学生自发议论几分钟） ［学生甲］对着图19—22说是折射到水中去吗？ ［教师］你认为会出现图19—25这种情况吗？ （其余学生有的点头，有的犹疑） ［学生乙］应该没有了吧. ［学生丙］最好做实验看看. ［教师］好，那就让我们来做实验看看. 1.出示实验器材，介绍实验 . ［教师］半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图19—26所示，入射光方向不变始终正对O点入射. 继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线.继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线. （学生恍然大悟） ［教师］什么结果？ ［学生］折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线. ［教师］这种现象就叫全反射. （三）发生全反射的条件 1.临界角C ［要求学生根据看到的现象归纳］

光的折射和全反射

页脚内容1 考点一 光的折射和全反射 13．[2015·江苏单科,12B(3)](难度★★)人造树脂是常用的眼镜镜片材料．如图所 示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的P 点．已知光 线的入射角为30°，OA ＝5 cm ，AB ＝20 cm ，BP ＝12 cm ，求该人造树脂材 料的折射率n . 14．[2015·山东理综，38(2)](难度★★★)半径为R 、介质折射率为n 的透明圆柱体，过其轴线OO ′的截面如图所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i 0由O 点入射,折射光线由上边界的A 点射出．当光线在O 点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B 点恰好发生全反射．求A 、B 两点间的距离． 15. [2015·海南单科，16(2)，8分](难度★★★)一半径为R 的半圆柱形玻璃砖，横 截面如图所示．已知玻璃的全反射临界角γ(γ＜π3 )．与玻璃砖的底平面成 (π 2 －γ)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上．经 柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直 接从玻璃砖底面射 出．若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光．求底面透光部分的宽度． 16．[2014·新课标全国Ⅱ，34(2)，10分](难度★★★)一厚度为h 的大平板玻璃水 平放置，其下表面贴有一半径为r 的圆形发光面．在玻璃板上 表面放置一半径为R 的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折 射率．

17．[2014·新课标全国Ⅰ，34(2)，9分](难度★★★)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝ 2. (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？ (2)一细束光线在O点左侧与O相距 3 2 R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃 砖射出点的位置． 18．[2014·山东理综，38(2)](难度★★★)如图，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC 边长为2L，该介质的折射率为 2.求： (1)入射角i； (2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到： sin 75°＝6＋2 4或tan 15°＝(2－3)． 19．[2014·江苏单科，12B(3)](难度★★★)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见题图．一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射．设鳞片的折射率为n，厚度为d， 页脚内容2

多模光纤和单模光纤对比分析

多模光纤和单模光纤区别 1、多模光纤是光纤通信最原始的技术，这一技术是人类首次实现通过光纤来进行通信的一项革命性的突破。 2、随着光纤通信技术的发展，特别是激光器技术的发展以及人们对长距离、大信息量通信的迫切需求，人们又寻找到了更好的光纤通信技术----单模光纤通信。 3、光纤通信技术发展到今天，多模光纤通信固有的很多局限性愈发显得突出： ①、多模发光器件为发光二极管（LED），光频谱宽、光波不纯净、光传输色散大、传输距离小。1000M bit/s带宽传输，可靠距离为255米(m)。100M bit/s带宽传输，可靠距离为2公里(km)。 ②、因多模发光器件固有的局限性和多模光纤已有的光学特性限制，多模光纤通信的带宽最大为1000M bit/s。 4、单模光纤通信突破了多模光纤通信的局限： ①、单模光纤通信的带宽大，通常可传100G bit/s以上。实际使用一般分为155M bit/s、 1.25G bit/s、 2.5G bit/s、10G bit/s。 ②、单模发光器件为激光器，光频谱窄、光波纯净、光传输色散小，传输距离远。单模激光器又分为FP、DFB、CWDM三种。FP激光器通常可传输60公里(km)，DFB和CWDM 激光器通常可传输100公里(km)。 5、数字式光端机采用视频无压缩传输技术，以保证高质量的视频信号实时无延迟传输并确保图像的高清晰度及色彩纯正。这种传输方式信息数据量很大，4路以上视频的光端机均

采用1.25G bit/s以上的数据流传输。8路视频的数据流高达1.5G bit/s。 因多模光纤最大带宽仅为1G bit/s，如果采用多模光纤传输，势必造成信息丢失、视频图像出现大量雪花甚至白斑、数据控制失常。 另一个致命的因素就是传输距离的限制，多模光纤1G bit/s带宽的传输距离理论上是255米(m)，如果考虑到光链路损耗，实际距离还要小几十米。 6、从单模光纤通信技术诞生之日起，就意味着多模光纤通信方式的淘汰。目前用多模光纤传输的已经很少了，只是因为市场的惯性而延续至今，对光纤通信这一行业的人来说，这早已是不争的事实。我们认为应该本照着对用户负责，对用户长远需求负责的精神提出合理建议 根据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散(因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同，这种特征称为模分散。)，模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。 多模光纤 多模光纤中光信号通过多个通路传播;通常建议在距离不到英里时应用。 多模光纤从发射机到接收机的有效距离大约是5英里。可用跟离还受发射/接收装置的类型和质量影响; 光源越强、接收机越灵敏，距离越远。研究表明，多模光纤的带宽大约为4000Mb/s。 制造的单模光纤是为了消除脉冲展宽。由于纤芯尺寸很小(7-9微米)，因此消除了光线的跳跃。在1310和 1550nm波长使用聚焦激光源。这些激光直接照射进微小的纤芯、并传播到接收机，没有明显的跳跃。如果可以把多模比作猎怆，能够同时把许多弹丸装人枪筒，那么单模就是步枪，单一光线就像一颗子弹。 单模光纤 单模光纤的纤芯较细，使光线能够直接发射到中心。建议距离较长时采用。 另外，单模信号的距离损失比多模的小。在头3000英尺的距离下，多模光纤可能损失其LED光信号强度的50%，而单模在同样距离下只损失其激光信号的

浅析潮汐原理及其应用

浅析潮汐原理及其应用 潮汐是地球上普遍存在的一种自然现象，它是在太阳、月亮引潮力的作用下，在地球的岩石圈、大气圈和水圈中分别产生的周期性运动，故潮汐包含固体潮汐、大气潮汐和海洋潮汐三种形式。本文将针对表现形式最明显也是我们最常见的海洋潮汐（以下简称潮汐）进行讨论，重点介绍了什么是潮汐，潮汐形成的原理是什么，以及潮汐在我们生产生活中有那些应用。 标签：潮汐潮型周期性引潮力潮汐能灾害预警 前言 物理是研究世间万物规律的一门学科，在我们生活中有许多神奇的物理现象，有些现象即便经常见，但不经过学习我们很难把握这些现象发生的真正原因。常年在海边生活的人们都会看到海水有一种周期性的涨落现象，中国古时为了解释这种现象，给其赋予了很多神话色彩，认为存在海神每天操控海水的起落，潮水大的话就认为是海神发怒造成的。现今我们通过学习已经认识到海水的涨落是一种自然现象，而且我们也已经开始利用这种自然现象来造福人类，但究竟潮汐形成的原因是什么，其有什么规律，还是有很多人并不了解。 一、什么是潮汐 我国古书上有说：“大海之水，朝生为潮，夕生为汐。”故中国人称海水早上上涨为潮，晚上上涨为汐，合称为潮汐。各地潮汐的时刻、持续时间、大小均不相同，但大致上可分为三种类型：半日潮型：一昼夜内（一个太阴日）出现两次高潮和两次低潮，前一次高潮和低潮的潮差和后一次高潮和低潮的潮差几乎相等，约等于6小时12.5分钟，我国东海、黄海、渤海沿海多数地点便属于这种潮型，如青岛、厦门等地；全日潮型：一昼夜内只有一次高潮和一次低潮，高潮和低潮之间的时间差约为12小时25分，我国南海地区有这种潮型，其中南海的北部湾是世界上最典型的全日潮海区；混合潮型：混合潮是正规半日潮和全日潮之间的过渡潮型，一般又分为“不正规半日潮”和“不正规全日潮”，表现为一个月内有些日子出现两次高潮和两次低潮，但较半日潮型潮差较大，有些日子出现一次高潮和一次低潮，但较全日潮型潮差较小，我国南海海区多数地区为这种潮型。 二、潮汐形成的原理 潮汐是由于太阳、月球和地球相对位置的不断改变及地球自转在一昼夜中地表各处受太阳、月球引力和合力不断改变，导致海水周期性涨落的现象[1]，导致海水涨落的这种合力我们也称之为引潮力。牛顿的万有引力定律表明：引力的大小与两个物体的乘积成正比，和两个物体之间的距离成反比，在不考虑其他星球的微弱作用力的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水周期性涨落的原因，其中月球的作用约是太阳作用的两倍。我们先来说说月球的作用[2]，在离月球最近的地面上的物体，绕地、月共同质心（月球绕地球运动，可

案例：全反射

案例：全反射 该案例是人教版教材选修3-4中第十三章《光》的第七节课，从整个章节的知识安排来看，本节是此章的重点，具有承上启下的作用。承上——通过本节内容总结性地应用直线传播、反射、折射知识，进一步从本质上理解和应用折射定律和折射率，有效体会和熟练应用光路可逆解决光的传播问题；启下——可指导性地研究和学习“棱镜”。同时，本节内容与生产和科技应用联系紧密，是实现课堂知识学习走向课外、走向生产、走向科技的重要教学内容。整节课主要侧重使学生通过合作探究理解全反射现象、发生全反射现象的条件，以及生活中的一些全反射现象，如海市蜃楼现象、生活中熟悉的应用，例如望远镜和光导纤维等，故本节课采用多媒体环境下开展教学是非常适合的，充分地利用多媒体课件的优势让学生自己总结生活中与全反射现象有关的内容。通过不同介质中折射现象的分析和全反射现象视频的观看使学生提高了分析问题、归纳问题的能力。 一、案例背景（基本信息） 设计者：郭勇，清原满族自治县高级中学，中学二级 学生：清原满族自治县高级中学高二（10）班，58人 教材：高中物理（人教版）选修3-4 教学设计指导者：李东风抚顺市教师进修学院中学高级教师 杨薇沈阳师范大学副教授 二、教学内容分析 1．教材的地位与作用 本节内容是学生在初中内容基础上的进一步提高，让学生从定性认识提高到定量研究，是高中物理光现象教学中的重点内容之一，主要介绍了全反射现象、发生全反射现象的条件及全反射现象的应用，是反射和折射的交汇点。全反射现象的研究，既是对反射和折射知识的巩固与深化，又为“棱镜”的学习作了铺垫，同时全反射现象与人们的日常生活以及现代科学技术的发展紧密相关，所以学习这部分知识有着重要的现实意义。 2．知识的特点 本节讲述几何光学的基础知识，主要讲述光的反射、光的折射、全反射和光

综合布线中如何选择多模光纤和单模光纤[详细]

综合布线中如何选择多模光纤和单模光纤 【文章摘要】光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模.多模光纤的纤芯直径为50或62.5μ米,包层外径125μ米,表示为50/125μ米或62.5/125μ米.单模光纤的纤芯直径为8.3μ米,包层外径125μ米,表示为8.3/125μ米. 1、光纤分类 光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模.多模光纤的纤芯直径为50或62.5μ米,包层外径125μ米,表示为50/125μ米或62.5/125μ米.单模光纤的纤芯直径为8.3μ米,包层外径125μ米,表示为8.3/125μ米. 光纤的工作波长有短波850n米、长波1310n米和1550n米.光纤损耗一般是随波长增加而减小,850n米的损耗一般为2.5dB/千米,1.31μ米的损耗一般为0.35dB/千米,1.55μ米的损耗一般为0.20dB/千米,这是光纤的最低损耗,波长1.65μ米以上的损耗趋向加大.由于OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300n米和1340n米~1520n米范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用. 2、多模光缆 多模光纤(米ulti 米ode Fiber) －芯较粗(50或62.5μ米),可传多种模式的光.但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重.因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里.如下表,为多模光缆的带宽的比较: 提到万兆多模光缆,需要作些说明,光纤系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤.因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米,为配合万兆应用而采用的新型光收发器,ISO/IEC 11801制定了新的多模光纤标准等级,即O米3类别,并在2002年9月正式颁布.O米3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化,同时需经严格的D米D测试认证.采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米,而在单模方式下能够达到10 公里以上(1550n米更可支持40公里传输).

引力波 论文

浅谈引力波的历史、定义及意义 摘要：在爱因斯坦提出引力波概念100周年以后，美国的LIGO【激光干涉引 力波天文台 (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory）】和欧洲的VIRGO引力波探测器联合发布消息，宣布已经探测到距离地球约13亿光年的两个大约30太阳质量的黑洞碰撞所发出的引力波。这是物理学界里程碑式的重大成果，引力波探测的成功，为人类观察宇宙提供了一个崭新的窗口。 关键词：广义相对论引力波探索历史意义

2016年2月11日，北京时间23:30分，加州理工学院、麻省理工学院、LIGO科学联盟、以及美国国家科学基金会，向全世界宣布: We have detected Gravitaiton Waves.We did it!（我们已经探测到引力波，我们做到了！）瞬间这一消息引爆微博、朋友圈等各大平台。作为一名大一的学生，我对这一“不明觉厉”的名词产生了浓厚的兴趣，在看过若干生动形象的科普视频、现场发布会实录、对著名科学家霍金的这方面的采访，查阅过相关文章后，决定系统地浅谈一下关于引力波的渊源、探索历史、具体定义，及这项轰动全球的事件背后重大的意义。 1915年，爱因斯坦发表广义相对论论文，革新了自牛顿以来的引力观和时空观，创造性地论证了引力的本质是时空几何在物质影响下的弯曲。1916年，爱因斯坦在广义相对论的框架内，又发表论文论证了引力的作用以波动的形式传播。 简单生动地来讲，引力波是时空中的涟漪。如果把时空想象成一张巨大的橡胶模，有质量的物质会让橡胶模弯曲，好比在蹦床上扔了个保龄球，质量越大，时空被引力波扭曲的越厉害。举个例子来说，地球绕着太阳转，是因为太阳的质量非常大，导致其周围的时空大大形变，如果想沿着这样的形变走直线，你会发现，事实上是在绕圈，轨道就是这样来的，并没有什么力拉着行星绕圈，只是时空弯曲着。有质量的物质一加速，改变了时空中的扭曲，引力波随之而生。任何有质量并且（或者）有能量的东西，都能产生引力波。要是两个人彼此相绕跳一支舞，他们也会导致时空的涟漪，但非常微不足道，实际

光的反射、折射、全反射

光的反射、折射、全反射 【学习目标】 1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律． 2．理解折射率的定义及其与光速的关系． 3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题． 4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念． 5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题． 6．了解全反射棱镜和光导纤维． 7．明确测定玻璃砖的折射率的原理． 8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤． 9．会进行实验数据的处理和误差分析． 【要点梳理】 要点一、光的反射和折射 1．光的反射现象和折射现象 如图所示，当光线入射AO 到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB ，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC ，这种现象叫做光的折射现象，光线OC 称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（2θ）． 2．反射定律 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角． 3．折射定律 （1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即 1 2 sin sin θθ=常数．如图所示．

也可以用 sin sin i n r =的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律． （2）对折射定律的理解： ①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n ）小的介质射向折射率（2n ）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）． ②折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为 12sin 1 sin n θθ=，式中1θ、2θ分别为此时的入射角和折射角． 4．折射率——公式中的n （1）定义． 实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时．相同入射角的情况下．折射角不同．这意味着定律中的n 值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n 值，可以看到不同介质的n 值不同，表明n 值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率．实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1θ的正弦跟折射角2θ的正弦之比。，叫做这种介质的折射率：1 2 sin sin n θθ= ． （2）对折射率的理解． ①折射率与光速的关系：某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c 跟光在这种介质中传播速度v 之比，即c n v = ，单色光在折射率较大的介质中光速较小． ②折射率n 是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及人射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关，“折射率与sin i 成正比，跟sin r 成反比”的说法和“折射率n 跟光速”成反比的说法是错误的． 5．视深问题 （1）视深是人眼看透明物质内部某物点时像点离界面的距离．在中学阶段，一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有：111 222 sin tan sin tan θθθθθθ≈≈，这是在视深问题中经常用到的几个关系式． （2）当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实际深度的 1 n 倍，n 为水的折射率． 6．玻璃砖对光的折射 常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖．对于半圆形玻璃砖，若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图甲所示．对于两个折射面相互平行的长方形玻璃砖，其折射光路如图乙所示，光线经过两次折射后，出射光线与入射光线的方向平行，但发生了侧移．物点通过玻璃砖亦可以成虚像．如图丙所示为其示意图．

零水峰单模光纤知识

零水峰单模光纤 又称ITU G.652.C/D 光纤，是采用一种新的生产制造技术，尽可能地消除OH 离子1383nm 附近处的“水吸收峰”，使光纤损耗完全由玻璃的本征损耗决定，在1280～1625nm 的全部波长范围内都可以用于光通信。零水峰光纤（Zero water peak fibre ），消除了由“水峰”引起的高衰减现象，确保了 E 波段的信号传输。而G.652.C/D 光纤拥有跟传统单模光纤相同的色散。ITU G.694.2 CWDM 信道被覆盖，而那些用红色标出的区域则表明由ITU G.652.C/D 光纤引起的信道增益。通过消除水峰，不仅CWDM 技术可以使用E-波段，它也成为高速通讯的一种理想单模光纤。 零水峰光纤，能满足国际电工委员会对水峰衰减H2 老化特性测试标准的要求，使用起来即可以避免水峰现象又可防止在光纤的使用生命里水峰重返现象。 标准或传统的单模光纤通常用于长程或高速传输话音、数据或视像。这种光纤最佳的传输窗口为波长为1310nm和1550nm的窗口。在传统单模光纤玻璃的制造过程中，在1400nm波长区域会出现一个叫水峰的光吸收峰，此吸收峰源于氢氧根离子的吸收。水峰增加了在此特定区域的衰减损耗(衰减损耗可达2dB/km或更高)。对于过去和现在的应用它并没有什么影响，因为这些应用是工作于1310或1550nm波长窗口。 但是随着像40Gb/s等更高传输率应用的研究和开发，多信道波分复用(WDM-波长划分多路复用)引起了人们的兴趣。多信道波分复用是一种在一根光纤上传输更多数据的方法，从A 点到B点传输不是采用一个波长来传输一个信号，而是在一根光纤里使用几种不同波长的来传输几种数据率和协议都不相关的不同的信号。例如，SDH/SONET、千兆以太网以及快速以太网等几种协议可全都在同一芯光纤内运行因为每种信号会有自己独自的工作波长。 多信道波分复用有两种模式；密集波分复用(DWDM)和稀疏波分复用(CWDM)。 密集波分复用：这是一种用于在单根光纤里传输数字视像的技术。传输信道的间隔很密，典型的间隔约为0.8nm。密集波分复用的波长分布在C-波段和L-波段内。 稀疏波分复用：这是一种用于在单根短距离的光纤内传输更多信道的技术。传输信道的间隔较疏，典型的间隔约为20nm。此技术比密集波分复用便宜约1/3，是城域/电信接入应用的一个较好的候选方案。稀疏波分复用的波长已由ITU(国际电信联盟)在2002年制定了标准(CWDM ITU G.694.2)。此标准论述了在一种特殊类型光纤内，利用1270-1610nm的波长区间设18个CWDM信道的可能性，这意味着CWDM的波长落入O-、E-、S-、C- 及L-波段。传统的单模光纤在1400nm的水峰区使18个CWDM信道中位于E-波段的4个信道无法使用，因此无法获得最理想的效果。 为了解决传统单模光纤在多信道波分复用中的缺陷，我们采用一种新的单模光纤——“零水峰”单模光纤。 要想使用全部光谱范围，在水峰区域的高衰减就必须消除。零水峰光纤在制造时无氢氧根离子，因而在1400nm区域获得更好的衰减控制。通过消除水峰，不仅CWDM技术可以使用E-波段，它也成为高速通讯的一种理想单模光纤。

(整理)光的反射和折射

光的反射与折射 1．如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原因是( ) A ．光的反射 B ．光的折射 C ．光的直线传播 D ．小孔成像 答案：B 解析：太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，而使人感觉太阳的位置比实际位置偏高。 2．在水中的潜水员斜看岸边的物体时，看到的物体( ) A ．比物体所处的实际位置高 B ．比物体所处的实际位置低 C ．跟物体所处的实际位置一样高 D ．以上三种情况都有可能 答案：A 解析：根据光的折射定律可知A 项正确。 3．关于折射率，下列说法中正确的是( ) A ．根据 sin θ1 sin θ2 ＝n 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B ．根据sin θ1 sin θ2＝n 可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C ．根据n ＝c v 可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 D ．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比

答案：CD 解析：介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关。由于真空中光速是个定值，故n 与v 成反比正确，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，由v ＝λf ，当f 一定时，v 正比于λ。n 与v 成反比，故折射率与波长λ也成反比。 4．(2012·大连质检)一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，下面光路图中正确的是( ) 答案：C 解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以A 错误；由反射定律和反射角为45°，根据折射定律n ＝sin θ1 sin θ2得θ1>θ2，故B 错误；C 正确，D 错误。 5. 如图所示，S 为点光源，MN 为平面镜。(1)用作图法画出通过P 点的反射光线所对应的入射光线；(2)确定其成像的观察范围。 解析：这是一道关于平面镜成像问题的题目，主要考查对平面镜成像规律的认识，平面镜成像的特点是：等大正立的虚像。方法是先确定像点的位置，然后再画符合要求的光线以及与之对应的入射光线。

光纤的分类：单模、多模

光纤的分类 光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤的纤芯直径为50或62.5μm，包层外径125μm，表示为50/125μm或62.5/125μm。单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外径125μm，表示为8.3/125μm。故有62.5/125μm、50/125μm、9/125μm等不同种类。 光纤的工作波长有短波850nm、长波1310nm和1550nm。光纤损耗一般是随波长增加而减小，850nm的损耗一般为2.5dB/km,1.31μm 的损耗一般为0.35dB/km，1.55μm的损耗一般为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。由于OHˉ(水峰)的吸收作用，900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰，这两个范围未能充分利用。 1、单模光纤 单模光纤(SingleModeFiber)：单模光纤只有单一的传播路径，一般用于长距离传输，中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来发现在1310nm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1310nm正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。

1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰，该现象称为水峰。目前美国康普公司提供的TeraSPEEDTM零水峰单模光缆，正解决了此问题，TeraSPEED系统通过消除了1400nm水峰的影响因素,从而为用户提供了更广泛的传输带宽,用户可以自由使用从1260nm到1620nm的所有波段,因此传输通道从以前的240增加到400，性能比传统单模光纤多50%的可用带宽，为将来升级为100G带宽的CWDM粗波分复用技术打下了坚实的基础，TeraSPEED解决方案为园区/城市级理想的主干光纤系统。 2、多模光缆 多模光纤(MultiModeFiber)-芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 提到万兆多模光缆，需要作些说明，光纤系统在传输光信号时，离不开光收发器和光纤。因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米，为配合万兆应用而采用的新型光收发器，ISO/IEC11801制定了新的多模光纤标准等级，即OM3类别，并在2002年9月正式颁布。OM3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化，同时需经严格的DMD 测试认证。采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米，而在单模方式下能够达到10公里以上(1550nm更

浅谈爱因斯坦相对论感想

浅谈学习爱因斯坦相对论的感想

在学习这们课程前对于相对论只是在书籍或一些科普节目听说过，通过老师深入浅出的讲解后对爱因斯坦的相对论也有了初步的了解。在学习过程中也有了自己一些体会与见解。虽然比较偏面与浅薄但也为自己在学习上打开了又一扇门。 在狭义相对论之前，牛顿继承伽利略等科学家的成果，加上自己的总结归纳以及在数学上创立用微积分解决变加速问题的方法，创立了以牛顿运动力学为核心的经典运动力学（也叫古典运动力学）。但是，在19世纪许多的科学技术革新后，人类对于非运动学的电磁现象有了深入的探索，许多电磁学的物理规律直接违反古典运动力学的定律。在古典运动力学中，光速没有任何理论限制，可以任意大，而且可以是不恒定的，这缺乏实验根据，仅仅是早期科学家的猜测。然而，电磁学精确实验验证：真空光速与真空介磁常数及真空介电常数直接相关，也是一个常数！这些尖锐矛盾导致大家对于缺乏精确实验证据的古典运动力学产生怀疑。 为解决这个矛盾，爱因斯坦创造性地以电磁学理论出发，承认真空光速最大且对于任意观测者恒定，并且遵从电磁学中物理规律对于不同观测者都相同两个原则，成功推导出洛仑兹先生通过精确电磁学实验测定出的轮伦兹变换公式。于是，狭义相对论诞生了，它纠正了古典运动学在电磁

学上的错误，并且涵盖了古典运动学的基本定律，统一了运动力学和电磁力学。 相对论问世,人们看到的结论就是:四维弯曲时空,有限无边宇宙,引力波,引力透镜,大爆炸宇宙学说等等.这一切来的都太突然,让人们觉得相对论神秘莫测,因此在相对论问世头几年,一些人扬言全世界只有两个半人懂相对论".更有甚者将相对论与"通灵术","招魂术"之类相提并论.其实相对论并不神秘,它是最脚踏实地的理论,是经历了千百次实践检验的真理,更不是高不可攀的. 广义相对论就是说由于物质的存在引起了时空的弯曲，通俗理解是：如果一个“空间”中的任意一个“点”最少需要n个线性无关的有序数组（向量）来描述，我们就可以认为这是一个数学上的n维空间。我们的普通空间需要用三个数来描述：长、宽、高。但这样描述的仅仅是一种静态的图像，要想描述物质的运动，还应该引入一个数：时间。这样，如果想描述完整的物质运动，就需要用四个数来描述。 广义相对论预言了引力波的存在,否定了万有引力定律的超距作用.当光线由恒星发出,遇到大质量天体,光线会重新汇聚,也就是说,我们可以观测到被天体挡住的恒星。爱因斯坦将场方程应用到宇宙时,发现宇宙不是稳定的,它要么膨胀要么收缩。以上便是我对最近学习爱因斯坦相对论的粗浅体会希望在以后的学习中有进一步的提高。

光的直线传播光的反射光的折射 全反射

练习三十四 光的直线传播 光的反射 光的折射 全反射 选择题部分共10小题，每小题6分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 1. 某台钟钟面上没有数字，只有刻度线.图示是从平面镜里面看到的钟的像， 则此时指针指的时刻是( ) A.1点20分 B.11点20分 C.10点40分 D.10点20分 答案：C 2.在没有月光的夜晚，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯(可看做点光 源)，小鱼在水中游动，小鸟在水面上飞翔.设水清澈且水面平静，则下列说法正 确的是( ) A.小鸟向下方水面看去，看到水面中部有一个圆形区域是暗的，周围是亮的 B.小鱼向上方水面看去，看到水面中部有一个圆形区域是亮的，周围是暗的 C.小鱼向上方水面看去，可以看到灯的像，像的位置与鱼的位置无关 D.小鸟向下方水面看去，可以看到灯的像，像的位置与鸟的位置无关 解析：小鸟、小鱼看到的都是灯的像，而不是圆形区域；小鱼看到的是反射成像，像与物以反射面为对称面，像的位置与小鱼的位置无关；小鸟看到的是折射成像，像的位置与小鸟的位置有关 答案：C 3.一人从街上路灯的正下方经过，看到自己头部的影子刚好在自己脚下.如果此人以不变的速度朝前走，则他头部的影子相对于地的运动情况是( ) A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动 C.变加速直线运动 D.无法确定 解析： 设灯高为H ，人高为h ，如图所示.人以速度v 从O 点经任意时 间t 到达位置A 处，即OA ＝vt .由光的直线传播知头影在图示B 处， 由几何知识得： h H ＝AB OB ＝OB －OA OB OB ＝H H －h ·OA ＝H H －h vt 故头影的速度为：v ′＝OB t ＝H H －h v 因为H 、h 、v 都是确定的，故v ′亦是确定的.即头影的运动就是匀速直线运动. 答案：A 4.一光线以30°的入射角从玻璃中射到玻璃与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为90°，则这块玻璃的折射率为( ) A.0.866 B.1.732 C.1.414 D.1.500 解析：作出反射和折射的光路图如图所示.θ1为玻璃中的入射角，θ1′为反射角，θ2为空气中的折射角.根据折射率的定义和光路可逆原理可求解. 由光的反射定律可得： θ1′＝θ1＝30° 由几何知识得： θ2＋θ1′＝180°－90°＝90° 则θ2＝90°－θ1′＝60° 光从AO 入射后从OC 折射出，根据光路可逆原理，如果光从CO 入 射一定从OA 折射，这时空气中的入射角θ2，玻璃中的折射角为θ1，所以 有：