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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(一)

文案配音员:晴东
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一、作品以及所解决的教学问题

光纤作为二十世纪*伟大的发明之一,已成为人与社会联系*重要的信息物理通道。光纤导光原理的介绍,从中小学的科学、物理课程到大学物理、光通信原理等专业课教材中均有述及。尽管目前已有多种光纤导光原理实验与演示仪器,但都只是向学生演示光纤可以将光信号从光纤的一端传输到另一端的结果,学生无法观察到光线在光纤中的传输过程和传输路径,更无法感知光纤导光的物理条件,以及光纤数值孔径的物理意义与测量方法。本实验装置的研制,以光纤导光的物理过程为视角,向学生直观、动态演示全反射临界角的形成过程、决定光纤导光的物理条件、以及光纤数值孔径的物理意义与测量方法,有效弥补现有实验仪器的不足。

二、实验技术方案

1.设计思想

(1)以光纤导光的物理过程为视角,侧重光纤导光物理条件与导光过程的观察与测量,克服传统的光纤导光实验仪只看导光结果、不涉及导光原理的不足;

(2)将动态演示与静态测量相结合,加深学生对光纤导光物理条件的理解,满足不同专业、不同课程的定量测量、课堂演示、走廊学生自主操作实验和科技馆科普展示的需求;

2.实验技术方案

(1)基于自有专利技术,以两种不同折射率的透明导光条为模拟光纤的纤芯,透明导光条两端外露、中部浸在折射率小于或大于透明导光条折射率的透明液体中,透明液体为模拟光纤纤芯的包层。以此模拟阶跃型光纤的基本结构特征;   

(2)通过改变激光束在导光条与液体的界面上的入射角,观察导光条中反射光的反射角和液体中折射光折射角的变化方向,直观感受全反射临界角的物理意义;

(3)通过观察两平行激光束在不同模拟纤芯与相同折射率包层界面上全反射临界角的大小,直观感受光纤数值孔径的物理意义,测量数值孔径的大小;

(4)通过观察同一激光束在同一模拟纤芯与不同折射率包层界面上全反射临界角的大小,直观感受光纤纤芯折射率与包层折射率相对大小对光纤数值孔径大小的影响;

(5)采用舵机带动激光器,调节激光束入射角的大小。激光器的运动为自动和手动两种模式,自动运动模式用于动态演示,手动模式用于定量测量。


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