Лабораторные работы по физике

Задачи по электротехнике, физике
Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку
с индуктивной реакцией
Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения
ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
ПРИМЕР РАСЧЕТА
ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТАБИЛИЗАТОРА
Схема стабилизатора со сглаживающим фильтром.
Лабораторная работа
ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ФОТОПРИЁМНИКИ
ИЗУЧАЕМАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЛОКОННЫХ
СВЕТОВОДОВ
Практическая часть работы
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
Конструктивный расчет обмоток
 

Практическая часть работы

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ДЕЙСТВИЯ

Соберите установку в следующей последовательности: лазер, на расстоянии »7см от лазера установить светофильтр и на расстоянии »7см от светофильтра установить фотодиод.

 Включить лазер ( 650 нм ) с помощью адаптера 220В/9В в сеть.

Установить полупроводниковый лазер так, чтобы его луч распространялся вдоль оптического рельса

  Включить в сеть вилку измерителя оптической мощности и переключить сетевой тумблер на передней панели в верхнее положение.

5. Установить переключатель на верхней панели в положение ²V², предел ²20², для измерения напряжения в пределе до 20 В.

6. Подключить выход встроенного измерителя оптической мощности к входу мультиметра: штекер ²земля² (синий) в гнездо ²com², штекер ²сигнал² (красный) в гнездо ²V².

УПРАЖНЕНИЕ 1. Определение коэффициента ввода в оптическое волокно и коэффициента затухания.

1. Установить переключатель значения коэффициента преобразования (на задней стенке измерителя) в положение 10-4 Вт/В.

2. Записать показания мультиметра  и рассчитать мощность излучения лазера за светофильтром по формуле:

Рлазера=U*14*10-4 , где U-напряжение, показываемое мультиметром (В),

14- ослабление излучения светофильтором,

 !0-4 (Вт/В) коэффициент преобразования фотоприемника

3. Собрать установку по схеме рис. 6, оставив на месте светофильтр. Луч лазера должен распространяться вдоль оптического рельса на высоте, соответствующей оптической оси микрообъектива.

4. Установить на фотодиод диафрагму с наконечником под волокно. Обеспечить минимальное влияние посторонней засветки на результаты измерений оптической мощности.

5. Взять волокно № 1 (диаметр сердцевины d=400 мкм), маркированное одной белой и одной красной полосками, вставить один конец в гнездо юстировочного узла и завинтить фиксирующую гайку до упора.

ПРИМЕЧАНИЕ: При работе с волокном необходимо соблюдать следующие правила.

Нельзя использовать грубую силу для установки волокна в гнездо и фиксации его гайкой. Если волокно плохо входит в гнездо следует его слегка повернуть вокруг оси или попробовать вставить его другим концом.

Нельзя трогать руками торец волокна, во избежании попадания на полированную поверхность грязи (если волокно все же загрязнилось, протрите его, слегка касаясь торца ваткой, смоченной в спирте).

Нельзя изгибать волокно по радиусу меньшему, чем десять диаметров сердцевины, во избежание ее разрушения.

Нельзя долго смотреть на излучающий торец волокна – это может вызвать повреждение роговицы глаза.

  6. Фотодиод установить в кронштейн (позиция 5, табл.1.) и надеть на его переднюю часть диафрагму для крепления волокна.

7. Вставить второй конец волокна в гнездо диафрагмы фотодиода и завинтить фиксирующую гайку до упора.

8. Выполнить юстировку устройства ввода излучения. Для этого: 1) вращая держатель объектива, при неподвижных винтах юстировочного узла и, наблюдая за показаниями мультиметра, найти такое положение держателя объектива, (при необходимости переключить мультиметр на предел 2000 мВ или 200 мВ), при котором будет наблюдаться максимальное показание измерителя оптической мощности; 2) не меняя положение держателя, вращать винты юстировочного узла и, наблюдая за показаниями мультиметра, опять найти такое положение винтов, при котором будет наблюдаться максимальное показание измерителя оптической мощности. Юстировку повторять до тех пор, пока не будет зафиксировано максимальное показание мультиметра. В этом случае торец волокна будет совпадать с фокусом объектива,  волокно будет находиться на оптической оси, следовательно, в волокно будет введена наибольшая часть от излучения лазера.

9. Записать показания мультиметра V(В) в таблицу 2.

10. Умножить показания мультиметра на 10-4 Вт/В и записать значение выходной мощности Р вых в таблицу 2.

8. Рассчитать коэффициент ввода излучения в волокно по формулам:

 , где Рвх оптическая мощность лазера (Рлазера), измеренная после светофильтра. Результат записать в таблицу 2.

В связи с тем, что для измерения коэффициента затухания (b) требуется волокно длиной не менее 1км, опыт по измерению коэффициента затухания в данной лабораторной работе не проводится

Упражнение 2. Определение числовой апертуры волокна.(Выполняется без светофильтра).

1. Сменить диафрагму ФД на щель, ориентировать ее вертикально. Переключить тумблер «коэффициент преобразования» измерителя мощности в положение 10-6 Вт/В.

2. Повернуть столик, взявшись рукой за его верхнюю часть, до отметки 300.

3. Записать показания мультиметра V(В),(умножив их на 10-6 Вт/В) в графу оптической мощности в таблице 3. Угол поворота столика j записать в соответствующую графу таблицы 3.

4. Повторить действия п.п.2,3, поворачивая столик вправо и влево с шагом 50 до отметки ±3300 (если диаграмма направленности более узкая, то следует уменьшить диапазон до 100 и шаг измерений до 20, например, для волокна №1).

5. Построить график диаграммы направленности – зависимость оптической мощности, регистрируемой фотодиодом через щелевую диафрагму от угла поворота столика P=f(j). Вид графика показан на рисунке 8.

6. Определить максимум на графике. Вычислить уровень мощности, соответствующий Рmax / е2. Провести на графике горизонтальную линию на этом уровне. Из точек пересечения линии с графиком опустить перпендикуляры до пересечения с осью j (смотри рисунок 8).Определить длину отрезка j1j2, которая равна удвоенному значению апертурного угла.

7.  Записать значение апертурного угла j1j2/2 =jАП в таблицу 3.

  8. Вычислить значение числовой апертуры волокна NA по формуле

NA = sin (jАП), записать его значение в таблицу 3.

Повторить УПРАЖНЕНИЯ 1, 2 для других волокон (не используя светофильтр, а сразу работая по схеме установки рис.6): волокно № 2 (диаметр сердцевины d=40 мкм), волокно № 3 (диаметр сердцевины d=4 мкм). Из-за малого диаметра сердцевины этих волокон, полностью ввести в них лазерное излучение трудно. Поэтому, после крепления волокна №2 или №3 в юстировочном узле, нужно выполнить следующие действия: 1) отвинтить гайку от диафрагмы фотодиода, вынуть волокно и поднести торец волокна на расстояние 5-7 см от поверхности белого листа (тетрадного листа). Рассмотреть световую картину, образованную излучением, выходящим из волокна, на листе. Вращая винты юстировочного узла и держатель объектива, добиться максимальной яркости пятна; 2) вставить волокно в кронштейн на поворотном столике и завинтить фиксирующую гайку до упора.

Примечание: при снятом волокне, ни в коем случае не направлять излучение лазера в глаз.

По результатам упражнений 1,2 построить на одной координатной плоскости графики зависимости коэффициента ввода К и числовой апертуры волокна NA от диаметра сердцевины волокна d (по оси d наносить значения в масштабе десятичного логарифма). Сделать выводы.

После окончания работы отключить установку и зачехлить элементы.

Определение коэффициента ввода в оптическое волокно Таблица 2.

Номер

Волокна

Показания мультиметра

V, В

Оптическая мощность

Рвых, Вт

Коэф.ввода

К

1

2

3

Определение числовой апертуры волокна. Таблица 3.

Номер волокна

1

2

3

Угол поворота столика

 J

Оптическая мощность

  Р, Вт

Угол поворота столика

  J

Оптическая мощность

Р, Вт

Угол поворота столика

  J

Оптическая мощность

  Р, Вт

30

30

30

25

25

25

20

20

20

-------------

-------------

-------------

330

330

330

jАП =

jАП =

jАП=

NA =

NA =

NA =

Расчетное задание

Рассчитать апертурный угол и коэффициент ввода излучения для кварцевого волокна (n = 1,47, d=1 мм) без оболочки, находящегося в воздухе?

 Сравнить измеренное значение К и значение, вычисленное из измерений NA по формуле (5) для точечного источника. Почему они отличаются?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Как устроен волоконный световод? Объяснить механизм распространения света по световоду.

Какое оптическое волокно называется ступенчатым и градиентным?

Дайте определение числовой апертуры волоконного световода.

В чем различие между одномодовыми и многомодовыми волокнами?

Длина волны среза волокна lс = 0,85 мкм. В каком режиме будет работать волокно, если в него ввести излучение He-Ne лазера?

Источник излучения какой длины волны предпочтительней использовать для волоконных линий связи и почему?

При каком взаимном расположении оптического волокна и объектива достигается максимальный коэффициент ввода?

Как выглядит световая картина (для каждого из волокон), образованная излучением, выходящим из волокна? Как изменится диаграмма направленности, если на ФД установить диафрагму с малой шириной щели?

Как изменится коэффициент ввода излучения и диаграмма направленности волокна при его изгибе: под большим радиусом и под радиусом близким к критическому, когда наступает излом сердцевины?

Почему кварцевый стержень, согнутый под небольшим углом, ломается а тот же стержень взятый в качестве сердцевины волокна, окруженный оболочкой, не ломается даже при очень больших углах сгибания?

Как изменяется коэффициент ввода и апертурный угол, при уменьшении диаметра сердцевины волокна?

Объяснить ход экспериментальных кривых и методику расчета апертурного угла.

.13. Почему нельзя измерять коэффициент затухания при малой длине волоконного световода?

Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения