三、實驗內容與步驟
(1)在實驗裝置中加滿自來水,調整激光器位置,使激光束通過透明導光條的端部斜射到導光條與自來水的界面上。
(2)激光器置于自動運動模式,觀察導光條與自來水界面上的反射-折射→全反射過程的動態變化過程,感知光纖導光的物理條件;
(3)激光器置于自動運動模式,使綠色激光束在石英玻璃導光條中傳輸,紅色激光束在有機玻璃導光條中傳輸,觀察不同折射率纖芯與相同折射率包層界面全反射臨界角的差異;
(4)激光器置于手動運動模式,逐漸增大激光束在導光條與自來水界面上的入射角,使紅色激光束首先出現全反射,測量紅色激光的全反射臨界角;進一步增大入射角,測量綠色激光束出現全反射時的臨界角,感受光纖數值孔徑的物理意義,測量兩種模擬光纖的數值孔徑;
(5)根據數值孔徑的測量結果,驗證光纖數值孔徑的計算公式?????????????
(6)定性分析纖芯折射率與包層折射率相對大小對數值孔徑影響;
(7)用綠色激光束先后全反射通過有機玻璃導光條和石英玻璃導光條,觀察激光束發散程度和亮度的變化差異,分析其原因。
四、實驗裝置的應用效果
本實驗裝置的研制中,先后獲得多項授權發明專利,光纖導光原理演示儀在2017年第十三屆全國高校自制物理演示實驗儀器展評中獲得一等獎,受到了與會專家與教師的高度評價。
本實驗裝置及可完成實驗內容的設計,從光纖的基本結構、光纖導光原理到光纖中光的傳輸條件與光纖數值孔徑的測量,涵蓋了光纖導光原理與技術的核心內容。五年來,本實驗裝置先后用于物理專業、信息科學與技術專業、光學工程專業本科生相關專業課程的光學測量實驗和課堂演示實驗,并作為全校化學、材料、生物、環境等理工科專業和中文、教育、外語等文科學生的科普實驗儀器,均取得了良好的實驗教學效果。同時,作為陜西師范大學科普教育基地常設科普教育展示項目,在培養學生“追根求源”的物理思想和創造性思維方面,產生了積極作用,受到了同行的充分肯定。
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