МУ-О-60 (1003782), страница 2
Текст из файла (страница 2)
На стенде № 1 изучают угловую характеристику волоконного световода и определяют критический угол (см. формулу (3)). Стенд № 2 – демонстрационный.В обоих стендах используются одинаковые световоды длиной 2 м идиаметром сердцевины 2 мм, изготовленные из полимерных материалов. Онипропускают 85% видимого света. Торцы световодов отполированы. Снаружисветоводы защищены черным пластиком.
Комплект из световода и мощногосветодиодного источника света рекомендован изготовителем для светолечения в медицинской практике, а также для других целей.Лабораторные заданияЗадание 1. Наблюдать прохождение света по волоконному световоду.1. Ознакомиться со стендом №2. Он состоит из волоконного световода,источника света (светодиода обычной яркости) и источника питания. Светодиод установлен вблизи торца световода. Свет, выходящий через другой торец световода и защитное стекло, наблюдают глазом.6Стенд в плане показан на рис. 6.
Световод и светодиод находятся вкорпусе 1. Светодиод работает от источника питания 4 напряжением 9 В, ссетевым выключателем 2 и индикаторной лампой 3. Резистор, ограничиваю543216Рис. 6. Стенд №2: 1 – корпус с волоконным световодом и светодиодом; 2 выключатель; 3 - световой индикатор; 4 - блок питания; 5 - резистор; 6 –кнопка включения светодиодащий ток светодиода, находится в коробке 5. Светодиод включают кнопкой 6.2.
Включить питание стенда. Вставить вилку в сетевую розетку, выключатель 2 (рис. 6) установить в положение “ВКЛ”, при этом должна загореться индикаторная лампа 3.3. Нажать и удерживать кнопку 6. При этом должен загореться красныйсветодиод, излучение которого наблюдать на другом конце световода.Задание 2. Изучить угловую характеристику световода и определитькритический угол.1.
Ознакомиться со схемой опыта (рис. 7). На входной торец 1 световода 2 падает широкий параллельный пучок света, угол падения α которогоможно изменять и измерять. К выходному торцу 3 световода примыкает приемник света (фотодиод) 4. На p-n – переход фотодиода подается обратноесмещение 1,5 В от источника 5: минус источника подключен к p–области, аплюс – к n–области. Ток фотодиода измеряют микроамперметром (мультиметром) 6. В отсутствие света через фотодиод протекает маленький обратный(темновой) ток, который в условиях опыта может и не наблюдаться. При ос-7вещении фотодиода появляется ток, пропорциональный интенсивности(мощности) света.1α23n4p56Рис.
7. Схема лабораторной установки для определения критическогоугла: 1 – входной торец световода; 2 – световод; 3 - выходной торецсветовода; 4 – фотодиод; 5 – батарея; 6 - микроамперметр2. Ознакомиться со стендом № 1 (рис. 8). Светодиодный яркий источник света 1 и объектив 2 для получения параллельного пучка света закреплены на поворотном столике 3. Угол падения α пучка света на входной торец 4световода 6 можно изменять, поворачивая столик 3 рычагом 5. Угол α измеряют по градусной шкале 12 напротив риски 11.На выходном конце световода установлен фотодиод 14 с большойплощадью чувствительной поверхности. Ток фотодиода измеряют цифровыммультиметром 10.
Сетевой источник 13 питаниясветодиода включаютвыключателем 7. В отсеке 8 расположены гальванические элементы для питания мультиметра (9 В) и фотодиода (1,5 В). При измерении тока фотодиоданажать и удерживать два выключателя (кнопки) 9 для включения питаниямультиметра и фотодиода.3. Вставить вилку в сетевую розетку. Выключателем 7 включить источник света, при этом должно появиться яркое свечение.4.
Ознакомиться с установкой в рабочем состоянии. Нажать две кнопки9 и, вращая столик с помощью рычага 5, наблюдать изменение тока фотодиода при изменении угла поворота.5. Выключить источник света и, нажав две кнопки 9, измерить “темновой” ток приемника света (не более 1% максимального тока).81314112231145106987Рис. 8. Стенд №1: 1 – источник света; 2 – объектив (собирающая линза); 3 –поворотный столик; 4 – входной торец световода; 5 - ручка; 6 – волоконныйсветовод; 7 – выключатель источника света; 8 – батарейный отсек; 9 – кнопки включения питания; 10 – мультиметр; 11 – риска; 12 – угломерная шкала;13 – блок питания источника света; 14 - приемник света (фотодиод)6.
Включить источник света и измерить зависимость силы тока фотодиода от угла α . Угол изменять от нуля до максимального с интервалом 50.Результаты измерений угла и тока I записать в табл. 1.7. Все измерения повторить два раза.8. Выключить источник света выключателем 7.9Таблица 1α, угл.град.Результаты измеренийIII<I><I>отнПримечание. Таблица должна содержать 12 строк.Обработка результатов измерений1. Для каждого значения α вычислить среднее из трех измерений значение силы тока <I> и записать его в табл.1.2. Вычислить среднее значение силы тока в относительных единицах<I>отн, приняв за 1 среднее при нулевом угле. Величину <I>отн принимаем заинтенсивность света на выходе из световода.<I>10,50αКРαРис.
9. Пример графического представлениярезультатов измерения3. Построить графическую зависимость <I>отн от угла α.4. Экстраполяцией крутого участка графика определить критическийугол αкр , как показано для примера на рис. 9.5. Вычислить по формуле (3) отношение n2 / n1 показателей преломления материалов оболочки и сердцевины световода; показатель преломлениясердцевины n1 = 1,49.
Результаты привести в табл. 2.Таблица 2αкр =n2 / n1 =Задание 3. Передать сообщение по оптической линии связиВолоконные световоды широко используются для передачи информации (интернет, телевидение и т.д.). Для этого информация должна быть преобразована в цифровую (двоичную) форму. Двоичный “нуль” отличается от10“единицы” либо величиной сигнала, либо его длительностью или другимпризнаком.Простым двоичным кодом для передачи текста является азбука Морзе(см.
табл. 3), в которой двоичным нулем служит короткий сигнал (“точка”), адвоичной единицей – более продолжительный сигнал (“тире”).Код Морзе имеет более короткие комбинации нулей и единиц по сравнения с кодом в компьютерах IBM PC. (При желании, студенты могут применить другой код или придумать собственный код.)В электрическом классическом телеграфе сигнал распространяется пометаллическому проводу в виде электромагнитной волны, вызывающей импульсы электрического тока на другом конце линии. В случае оптическоготелеграфа по волокну распространяются световые вспышки.Таблица 3А = 01Б = 1000В = 011Г = 110Д = 100Е=0Ж = 0001З 1100И = 00Й = 0111К = 101Л = 0100М = 11Н = 10О = 111П = 0110Р = 010С = 000Т=1У = 001Код МорзеФ = 0010Х = 0000Ц = 10101110Ч = 1111Ш = 1101Щ = 1101Ь, Ъ = 1001Ы = 1011Э = 00100Ю = 0011Я = 01011 = 011112 = 001113 = 000114 = 00015 = 000006 = 100007 = 110008 = 111009 = 111100 = 11111Порядок выполнения задания.
Задание выполняют на стенде №2, в котором выключатель 6 (рис. 6) служит телеграфным ключом.Один студент составляет короткий текст, кодирует его и передает поволокну другому студенту. Нулю соответствует короткая вспышка света,единице – длинная. Интервалы между буквами должны быть более длинными, чем между двоичными знаками.Другой студент принимает телеграмму, записывая комбинации нулей иединиц, а затем ее расшифровывает. По результатам работы составить отчет.Контрольные вопросы и задания1. Сформулируйте законы отражения и преломления света.2.
Какая связь между показателем преломления среды и фазовой скоростью света?3. Что такое полное внутренне отражение света? При каких условияхоно имеет место?4. Что такое угол полного внутреннего отражения?5. Как устроен волоконный световод?116. Какие преимущества имеет стеклянный световод с полным отражением от такого же световода с металлическим отражающим покрытием?7. Что такое критический угол световода?8. Вывести формулу (3) для критического угла.9. Какие физические факторы влияют на скорость и дальность передачи информации по световоду?Список рекомендуемой литературы1.
Савельев И. В. Курс общей физики. т.2. М., 1978 г., 480 с.2. Бутиков Е. И. Оптика. М.: Высш. шк., 1986. – 512 с.3. Физическая энциклопедия (в 5-ти т.). Т. 1. 1998. 704 с. Статья “Волоконная оптика”.4. Капани Н. Волоконная оптика. М.: Мир, 1969. – 464 с.12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
