舞动的激光

　　在追求速度的时代，光纤通信被广泛应用于人们的生活与社会生产。虽然光纤通信已走进千家万户，但是我们却没有见过它的真面目，通过以下三个小实验，观察激光在水中的精彩表现，我们能更好地了解光纤通信的原理。

　　实验工具：一个透明的长方形玻璃小水缸、一个透明饮料瓶、一张白纸、一支激光笔、一根吸管、自来水、单晶冰糖、奶粉。

　　实验一：在一个幽暗的房间，将小水缸装满自来水，用指尖稍微沾一点奶粉并将其融化在水中以增加光的散射。激光从侧面斜着射入，即可看到光线在水中来回反射了好几次。把一张白纸放在小水缸顶上，不会看到任何激光的光斑。

　　实验二：在一个幽暗的房间，将小水缸装满自来水，把单晶冰糖均匀地铺在小水缸底部，不要搅动。当大部分冰糖融化后，再让激光从侧面水平射入，即可看到一条弯曲的光纤，仿佛光线在弯曲时空中的轨迹。

　　实验三：在一个幽暗的房间，在饮料瓶底部钻一个小孔，在小孔处插入一短截吸管，将瓶子装满水。当水从小孔中流出时，让激光射向小孔，就可以看到光随水一起流动。

　　实验原理：1.第一次实验中的现象叫全反射。

　　光传播到两种介质的界面上时，通常会同时发生反射和折射现象。若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回原介质中传播的现象叫全反射现象。只有光从折射率比较大的物质（水）射向折射率比较小的物质（空气），且入射角大于等于临界角时，全反射现象才会发生。

　　现在的光纤之所以能长距离输送信号，是因为光在光纤中通过全反射传播，光信号强度损失非常小。但“实验一”中的光线强度随着光的传播而减弱，这与“强度损失非常小”相矛盾吗？不矛盾。

　　因为虽然反射的过程中没有光线损失，在传播过程中，光线被水中的微小颗粒散射，导致光强的损失。光在光纤中的传播也会与光纤玻璃中的杂质形成散射，使光强随传播距离衰减。

　　2.冰糖在水中融化后不能均匀分布，靠近水底的地方浓度大，越往上浓度越小。而含糖越高的水折射率越大，光从折射率小的物质进入折射率大的物质时会弯折，如果这种折射率是连续变化的，就会使光线呈现出一道弧线。

　　3.光线被“束缚”在水流中，是由于光在水流和空气的边界上发生了全反射，光线才能随着水流流动，这就是现代光纤的原理。

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