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光纤导光物理条件和数值孔径演示与测量实验装置专题片配音文案(二)

文案配音员:GN046
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三、实验内容与步骤

(1)在实验装置中加满自来水,调整激光器位置,使激光束通过透明导光条的端部斜射到导光条与自来水的界面上。

(2)激光器置于自动运动模式,观察导光条与自来水界面上的反射-折射→全反射过程的动态变化过程,感知光纤导光的物理条件;

(3)激光器置于自动运动模式,使绿色激光束在石英玻璃导光条中传输,红色激光束在有机玻璃导光条中传输,观察不同折射率纤芯与相同折射率包层界面全反射临界角的差异;

(4)激光器置于手动运动模式,逐渐增大激光束在导光条与自来水界面上的入射角,使红色激光束首先出现全反射,测量红色激光的全反射临界角;进一步增大入射角,测量绿色激光束出现全反射时的临界角,感受光纤数值孔径的物理意义,测量两种模拟光纤的数值孔径;

(5)根据数值孔径的测量结果,验证光纤数值孔径的计算公式             

(6)定性分析纤芯折射率与包层折射率相对大小对数值孔径影响;

(7)用绿色激光束先后全反射通过有机玻璃导光条和石英玻璃导光条,观察激光束发散程度和亮度的变化差异,分析其原因。

四、实验装置的应用效果

本实验装置的研制中,先后获得多项授权发明专利,光纤导光原理演示仪在2017年第十三届全国高校自制物理演示实验仪器展评中获得一等奖,受到了与会专家与教师的高度评价。

本实验装置及可完成实验内容的设计,从光纤的基本结构、光纤导光原理到光纤中光的传输条件与光纤数值孔径的测量,涵盖了光纤导光原理与技术的核心内容。五年来,本实验装置先后用于物理专业、信息科学与技术专业、光学工程专业本科生相关专业课程的光学测量实验和课堂演示实验,并作为全校化学、材料、生物、环境等理工科专业和中文、教育、外语等文科学生的科普实验仪器,均取得了良好的实验教学效果。同时,作为陕西师范大学科普教育基地常设科普教育展示项目,在培养学生“追根求源”的物理思想和创造性思维方面,产生了积极作用,受到了同行的充分肯定。


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