光纖導光物理條件和數值孔徑演示與測量實驗裝置 ? 一、作品以及所解決的教學問題 光纖作為二十世紀最偉大的發(fā)明之一，已成為人與社會聯系最重要的信息物理通道。光纖導光原理的介紹，從中小學的科學、物理課程到大學物理、光通信原理等專業(yè)課教材中均有述及。盡管目前已有多種光纖導光原理實驗與演示儀器，但都只是向學生演示光纖可以將光信號從光纖的一端傳輸到另一端的結果，學生無法觀察到光線在光纖中的傳輸過程和傳輸路徑，更無法感知光纖導光的物理條件，以及光纖數值孔徑的物理意義與測量方法。本實驗裝置的研制，以光纖導光的物理過程為視角，向學生直觀、動態(tài)演示全反射臨界角的形成過程、決定光纖導光的物理條件、以及光纖數值孔徑的物理意義與測量方法，有效彌補現有實驗儀器的不足。 二、實驗技術方案 1.設計思想 （1）以光纖導光的物理過程為視角，側重光纖導光物理條件與導光過程的觀察與測量，克服傳統(tǒng)的光纖導光實驗儀只看導光結果、不涉及導光原理的不足； （2）將動態(tài)演示與靜態(tài)測量相結合，加深學生對光纖導光物理條件的理解，滿足不同專業(yè)、不同課程的定量測量、課堂演示、走廊學生自主操作實驗和科技館科普展示的需求； 2.實驗技術方案 （1）基于自有專利技術，以兩種不同折射率的透明導光條為模擬光纖的纖芯，透明導光條兩端外露、中部浸在折射率小于或大于透明導光條折射率的透明液體中，透明液體為模擬光纖纖芯的包層。以此模擬階躍型光纖的基本結構特征；??? （2）通過改變激光束在導光條與液體的界面上的入射角，觀察導光條中反射光的反射角和液體中折射光折射角的變化方向，直觀感受全反射臨界角的物理意義； （3）通過觀察兩平行激光束在不同模擬纖芯與相同折射率包層界面上全反射臨界角的大小，直觀感受光纖數值孔徑的物理意義，測量數值孔徑的大小； （4）通過觀察同一激光束在同一模擬纖芯與不同折射率包層界面上全反射臨界角的大小，直觀感受光纖纖芯折射率與包層折射率相對大小對光纖數值孔徑大小的影響； （5）采用舵機帶動激光器，調節(jié)激光束入射角的大小。激光器的運動為自動和手動兩種模式，自動運動模式用于動態(tài)演示，手動模式用于定量測量。
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