第12讲,1l411080光

1L411020光传输系统需掌握的知识点：掌握光通信系统的构成掌握SDH设备的构成及功能掌握DWDM设备的构成及功能1L411021掌握光通信系统的构成需掌握的知识点：一、光纤通信系统（包括三、光传输设备）二、光传输媒质四、光通信系统传输网技术体制五、光波分复用（WDM)光通信系统通常指光纤传输通信系统,是目前通信系统中最常用的传输系统．掌握光纤传输系统的基本原理是了解光通信的窗口．一、光纤通信系统（包括三、光传输设备）1．光纤通信是以光波作为载频,以光导纤维(简称光纤)作为传输媒介,遵循相应的技术体制的一种通信方式．最基本的光纤通信系统是由光发射机（光发送机）,光纤线路(光缆和光中继器)和光接收机组成．图1L411021-1是光纤通信系统组成示意图。

光传输设备主要包括：光发送机、光接收机、光中继器。

1)光发送机：光发送机的作用是将数字设备的电信号转换为光信号，调节并处理成为满足一定条件的光信号后送入光纤中传输。

光发送机的组成如图1L411021-2。

图1L411021-2是光发送机组成框图。

光源是光发送机的关键器件，它产生光纤通信系统所需要的载波； 输入接口在电／光之间解决阻抗、功率及电位的匹配问题； 线路编码包括码型转换和编码；调制电路将电信号转变为调制电流，以便实现对光源输出功率的调节。

图1L411021-2光发送机组成图光纤通信系统通常采用数字编码,强度调制,直接检波方式调制方式．2)光接收机：光接收机的作用是把经过光纤传输后，脉冲幅度被衰减、宽度被展宽的弱光信号转变为电信号，并放大、再生恢复出原来的信号。

3)光中继器：光中继器的作用是将通信线路中传输一定距离后衰弱、变形的光信号恢复再生，以便继续传输。

二、光传输媒质1．光纤是光通信系统最普遍和最重要的传输媒质，它由单根玻璃纤芯、紧靠纤芯的包层、一次涂覆层以及套塑保护层组成。

光在光纤中传播，会产生信号的衰减和畸变，其主要原因是光纤中存在损耗和色散。

第4讲光的波动性电磁波相对论知识一光的干与1．条件两列光的频率相同，相位和振动情形都完全相同的光相遇．2．典型的干与实验(1)双缝干与①产生明暗条纹的条件：双缝处光振动情形完全相同，光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍(即半波长的偶数倍)处显现亮条纹，与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处显现暗条纹．②条纹的特点：相邻亮条纹(或暗条纹)的间距相等，且Δx＝ldλ，其中λ为波长，d为双缝间距，l为缝到屏的距离．实验装置不变的条件下，红光干与条纹的间距最大，紫光的干与条纹间距最小；假设换用白光，在屏上取得彩色条纹、且中央为白色．(2)薄膜干与①薄膜干与：利用薄膜(如香皂膜)前后两表面的反射光波相遇而形成的干与．②图样特点：同一条亮(或暗)条纹对应薄膜厚度相等．单色光在香皂膜上(上薄下厚)形成水平状的明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹．知识二光的衍射和光的偏振1．光发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸能够跟光的波长相较，乃至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．2．衍射条纹的特点单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，双侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹，双侧是渐窄且暗的彩色条纹．3．自然光和偏振光(1)自然光包括着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光．如由太阳、电灯等一般光源发出的光．(2)偏振光 在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光．如自然光经偏振片作用后的光． 知识三 电磁波的特点和狭义相对论 1．电磁波的特点 (1)电磁波是横波，电场强度E 和磁感应强度B 的方向都与传播方向垂直．(2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最大，c ＝3×108 m/s.(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量．(4)具有波的特点，能产生反射、折射、衍射、干与等现象．2．相对论的简单知识(1)狭义相对论的大体假设①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．(2)时刻和空间的相对性①时刻距离的相对性：Δt ＝Δτ1－v c2. ②长度的相对性：l ＝l 01－vc2. (3)相对论速度变换公式：u ＝u ′＋v1＋u ′v c 2.(4)相对论质量：m ＝m 01－vc 2. (5)质能方程：E ＝mc 2.(1)机械波的传播需要介质，而电磁波传播不需要介质，能够在真空中传播．(2)机械波在液体和固体中的速度比空气中大，而电磁波在液体和固体中的传播速度比空气中的小．考点一光的干与条纹的形成份析一、杨氏双缝干与1．原理如图12－4－1所示．图12－4－12．明、暗条纹的条件(1)单色光①光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上显现明条纹．②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2…)，光屏上显现暗条纹．(2)白光：光屏上显现彩色条纹．3．条纹间距公式：Δx＝ldλ.二、薄膜干与1．薄膜特点：如图12－4－2所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚．图12－4－22．相干光线：薄膜前表面AA′和后表面BB′的反射光线叠加．3．亮纹条件：在P1、P2处，薄膜厚度的2倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹．4．暗纹条件：在Q处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹．(多项选择)(2021·大纲版全国高考)在双缝干与实验中，某同窗用黄光作为入射光．为了增大干与条纹的间距，该同窗能够采纳的方式有( )A．改用红光作为入射光B．改用蓝光作为入射光C．增大双缝到屏的距离D．增大双缝之间的距离【解析】依照Δx＝Ldλ，要增大条纹间距Δx，将L、λ增大或将d减小均能够，红光比黄光波长大，故A 选项正确；而蓝光比黄光波长小，故B选项错误；增大双缝到屏的距离L，那么Δx增大，故C选项正确；增大双缝间距d，那么Δx变小，故D选项错误．【答案】AC考点二单缝衍射与双缝干与的比较一、不同点1．条纹宽度：单缝衍射条纹宽度不等，中央最宽．双缝干与条纹宽度相等．2．条纹间距：单缝衍射各相邻条纹间距不等．双缝干与各相邻条纹等间距．3．亮度情形：单缝衍射中央条纹最亮，两边变暗．双缝干与条纹清楚，亮度大体相等二、相同点干与、衍射都是波特有的现象；干与、衍射都有明暗相间的条纹——————[1个示范例]——————(2021·大纲版全国卷)以下现象中，属于光的衍射的是( )A．雨后天空显现彩虹B．通过一个狭缝观看日光灯可看到彩色条纹C．空中楼阁现象D．日光照射在香皂膜上显现彩色条纹【解析】显现彩虹是大气对光的散射造成的；空中楼阁是光的折射与全反射现象造成的；香皂膜上的彩色条纹是薄膜干与的结果；通过狭缝观看日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，选项B正确．【答案】B——————[1个预测例]——————如图12－4－3所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干与或单缝衍射图样．分析各图样的特点能够得出的正确结论是( )图12－4－3A．a、b是光的干与图样B．c、d是光的干与图样C ．形成a 图样的光的波长比形成b 图样光的波长短D ．形成c 图样的光的波长比形成d 图样光的波长短【解析】 干与条纹是等距离的条纹，因此，a 、b 图是干与图样，c 、d 图是衍射图样，故A 项正确，B 项错误；由公式Δx ＝L d λ可知，条纹宽的入射光的波长长，因此a 图样的光的波长比b 图样的光的波长长，故C 项错误；c 图样的光的波长比d 图样的光的波长长，故D 项错误．【答案】 A考点三 实验：用双缝干与测光的波长一、实验装置(如图12－4－4所示)图12－4－4二、实验方式1．依照公式Δx ＝l dλ得λ＝dl Δx . 2．用刻度尺测出双缝到光屏的距离l ，用测量头调剂清楚的干与条纹，测出n 个亮纹间的距离a ，那么Δx ＝an －1.双缝间距d 是已知的，如此就能够够计算出波长λ.三、实验步骤1．将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上；2．接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；3．调剂各器材的高度，使光源灯丝发出的一束光，能沿轴线抵达光屏；4．安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm ～10 cm ，观看白光的干与条纹；5．在单缝和双缝间放上滤光片，观看单色光的干与条纹，安装测量头，调剂至可清楚观看到干与条纹；6．使分划板中心刻线对齐某明(或暗)条纹的中央，记下手轮上的读数a 1，转动手轮使分划板中心刻线移动，记下干与条纹的条数n 和移动后手轮的读数a 2，a 1与a 2的差即为n 条亮纹的间距；7．用刻度尺测量双缝到光屏的距离l (d 是已知的)；8．重复测量、计算，求平均值作为波长的测量结果；9．换用不同的滤光片，重复实验．四、注意事项1．实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且彼此平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行．假设不共轴或单缝与双缝不平行那么会引发干与条纹亮度小，不清楚，不便于观看和测量．2．分划板上的刻线应与干与条纹的亮(暗)线平行，不然会增大测量的误差．3．双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，不然会阻碍测量结果．4．双缝干与演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应历时要加以区别．5．测量双缝至屏的距离l，要多次测量取平均值，同时要固定好双缝及屏，切勿松动．(2021·福建高考)在“用双缝干与测光的波长”实验中(实验装置如图12－4－5)：图12－4－5(1)以下说法哪个是错误的________．(填选项前的字母)A．调剂光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B．测量某条干与亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝an－1(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图12－4－6，其示数为________mm.图12－4－6【解析】(1)放上单缝和双缝后，由于发生干与现象无法调剂光源的高度，故A项错误．(2)按读数规那么，读出示数为：1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm.【答案】(1)A (2)1.970 mm1．一束白光通过双缝后在屏上观看到干与条纹，除中央白色条纹外，双侧还有彩色条纹，其缘故是( ) A．各色光的波长不同，因此各色光别离产生的干与条纹间距不同B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同D．各色光通过双缝抵达一确信点的距离不同【解析】各色光的频率不同，波长不同，在屏上取得的干与条纹的宽度不同，各类颜色的条纹叠加后取得彩色条纹．A正确．【答案】A2．汽车行驶时常会淌下一些油滴，淌下的油滴在带水路面上会形成一层薄油膜，并显现彩色，这是由于( ) A．空气的折射B．膜的上、下表面反射形成光的干与C．光的衍射D．水的折射【解析】白光射到油膜上，从膜的上、下表面反射回来，形成相干光源．由于各类色光波长不同，所产生的干与条纹的宽度不同，因此各色光在薄膜上形成干与条纹呈现彩色，因此B项正确．【答案】B3．如图12－4－7所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，能够看到透射光的强度会发生转变，这是光的偏振现象．那个实验说明( )图12－4－7A．光是电磁波B．光是一种横波C．光是一种纵波D．光是概率波【解析】偏振现象是横波特有的，光的偏振现象说明光是一种横波，B正确．【答案】B4．如图12－4－8所示的4幅明暗相间的条纹图样，别离是红光、蓝光各自通过同一个双缝干与仪器形成的干与图样和黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部份表示亮纹)．那么下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是( )图12－4－8A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫【解析】双缝干与条纹是等间距的条纹，单缝衍射条纹是中间最宽、两边愈来愈窄的条纹，因此一、3是干与条纹，二、4是衍射条纹．干与条纹中，光的波长越长，条纹越宽，因此1是红光，3是蓝光．同一单缝衍射条纹，波长越长，条纹越宽，因此2是紫光，4是黄光．【答案】B5．(多项选择)以下说法中正确的选项是( )A．电磁波是横波B．为了从高频电流中掏出所携带的声音信号就要进行调制C．红外线应用在遥感技术中是利用了它的穿透本领强的特性D．医学上用透视或“CT”来检查人体内部器官，它们都用到了X射线【解析】电磁波是横波，选项A正确．为了从高频电流中掏出所携带的声音信号就要进行解调，选项B 错误．红外线应用在遥感技术中是利用红外线探测器接收物体发出的红外线，可探知被探物体的特点，选项C 错误．医学上用透视或“CT”来检查人体内部器官，它们都用到了X射线，选项D正确．【答案】AD6．光在科学技术、生产和生活中有着普遍的应用，以下说法正确的选项是( )A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观看白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干与现象【解析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干与的原理，应选项A错；用三棱镜观看白光看到的彩色图样是利用光的色散，故选项B错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射，应选项C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干与现象，选项D对．【答案】D7．(2020·北京高考)属于狭义相对论大体假设的是：在不同的惯性系中( )A．真空中光速不变B．时刻距离具有相对性C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比【解析】狭义相对论大体假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论大体假设，故A正确，B、C、D错误．【答案】A8．以下关于电磁波的说法正确的选项是( )A．均匀转变的磁场能够在空间产生电场B．电磁波在真空和介质中传播速度相同C．只要有电场和磁场，就能够产生电磁波D．电磁波在同种介质中只能沿直线传播【解析】不管磁场如何转变，只若是转变的磁场就能够够在空间产生电场，因此均匀转变的磁场也能够在空间产生电场，A正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故B错误；恒定的电场(磁场)周围可不能产生磁场(电场)，只有周期性转变的电场(磁场)才能产生电磁波，故C 错误；电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，假设同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在如此的介质中是沿曲线传播的，故D错误．【答案】A9．(2021·上海高考)白光通过双缝后产生的干与条纹是彩色的，其缘故是不同色光的( )A．传播速度不同B．强度不同C．振动方向不同D．频率不同【解析】白光通过双缝后产生的干与条纹是彩色的，其缘故是不同色光的频率不同．【答案】D10．(2020·北京高考)如图12－4－9所示的双缝干与实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观看到干与条纹．要取得相邻条纹间距更大的干与图样，可以( )图12－4－9A．增大S1和S2的间距B．减小双缝屏到光屏的距离C．将绿光换为红光D．将绿光换为紫光【解析】由双缝干与条纹间距公式Δx＝Ldλ可知：增大S1与S2的间距d，Δx将减小，A项错误；减小双缝屏到光屏的距离L，Δx将减小，B项错误；红光波长大于绿光波长，λ变大，Δx将变大，C项正确；紫光波长小于绿光波长，λ变小，Δx将变小，D项错误．【答案】C。