POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ



Podobne dokumenty
Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 2. Badanie apertury numerycznej światłowodów

Falowa natura światła

Zasada Fermata mówi o tym, że promień światła porusza się po drodze najmniejszego czasu.

Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

ZASTOSOWANIE ZJAWISKA CAŁKOWITEGO WEWNĘTRZNEGO ODBICIA W ŚWIATŁOWODACH

Nowoczesne sieci komputerowe

Wyznaczanie wartości współczynnika załamania

Ćw. 20. Pomiary współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Propagacja światła we włóknie obserwacja pól modowych.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

I PRACOWNIA FIZYCZNA, UMK TORUŃ

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

NA = sin Θ = (n rdzenia2 - n płaszcza2 ) 1/2. L[dB] = 10 log 10 (NA 1 /NA 2 )

STOLIK OPTYCZNY 1 V Przyrząd jest przeznaczony do wykonywania ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Ćw.3. Wykrywanie źródeł infradźwięków

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Przyrząd słuŝy do wykonywania zasadniczych ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

REFRAKTOMETRIA. 19. Oznaczanie stężenia gliceryny w roztworze wodnym

TARCZA KOLBEGO V 7-22

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Prawo odbicia światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Załamanie na granicy ośrodków

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Ćwiczenie 3. Badanie wpływu makrozagięć światłowodów na ich tłumienie.

Wstęp do astrofizyki I

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU.

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria

Uwzględniając związek między okresem fali i jej częstotliwością T = prędkość fali można obliczyć z zależności:

Wstęp do astrofizyki I

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Optyka geometryczna Tadeusz M.Molenda Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński. Załamanie światła

WYZNACZANIE KĄTA BREWSTERA 72

Ć W I C Z E N I E N R O-1

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Podstawy fizyki wykład 8

Nowoczesne sieci komputerowe

FMZ10 S - Badanie światłowodów

Pomiar tłumienności światłowodów włóknistych

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

LABORATORIUM Pomiar charakterystyki kątowej

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

SPRAWDZIAN NR Na zwierciadło sferyczne padają dwa promienie światła równoległe do osi optycznej (rysunek).

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 6, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU CZĘŚĆ (A-zestaw 1) Instrukcja wykonawcza

Odgłosy z jaskini (11) Siatka odbiciowa

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Optyka 2012/13 powtórzenie

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

Prawa optyki geometrycznej

Materiały pomocnicze 14 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

- pozorny, czyli został utworzony przez przedłużenia promieni świetlnych.

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

Wykład 12: prowadzenie światła

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI POMIAR PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 53: Soczewki

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

OPTYKA W INSTRUMENTACH GEODEZYJNYCH

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK. Instrukcja wykonawcza

Pomiar prędkości światła

Transkrypt:

ĆWICZENIE O9 POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ ŚWIATŁOWODU KATEDRA FIZYKI 1

Wstęp Prawa optyki geometrycznej W optyce geometrycznej, rozpatrując rozchodzenie się fal świetlnych przyjmuje się pewne założenia upraszczające, dzięki czemu analiza wielu zjawisk jest łatwiejsza i nie wpływa znacząco na uzyskiwane rezultaty. Rys.1 Załamanie i odbicie promienia świetlnego na granicy dwóch ośrodków o różnych współczynnikach załamania n0 < n1. Opis oznaczeń rysunku 1: - Θi kąt padania - Θγ kąt odbicia - Θ1 kąt załamania - n0,n1 współczynniki załamania poszczególnych ośrodków. Prawa odbicia : 1 Promień padający, odbity i normalna do powierzchni granicznej leżą w jednej płaszczyźnie. Kąt padania jest równy kątowi odbicia. Θ = (1.1) i Θ r Prawa Snella dotyczą załamania promienia świetlnego: 1 Promień padający, załamany i normalna do powierzchni granicznej leżą w jednej płaszczyźnie. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest stały i odpowiada stosunkowi współczynników załamania: sin Θi = sin Θ1 n1 n0 (1.) Wiązka światła swobodnie propagująca się w ośrodku dielektrycznym, o określonym współczynniku załamania "n0", przechodząc do drugiego ośrodka o innym współczynniku załamania "n1", zostaje częściowo odbita- przy czym kąt odbicia jest równy kątowi padania, częściowo zaś w nowym ośrodku zostaje załamana, a kąt załamania określa prawo Snella (1.). Energia jaką niosła ze sobą wiązka zostaje więc rozdzielona pomiędzy wiązkę odbitą i załamaną.

Rys. Całkowite wewnętrzne odbicie Jeśli zaczniemy obserwować wiązkę światła biegnącą w ośrodku o współczynniku załamania n1 i przechodzącą do ośrodka o mniejszym współczynniku załamania n0 to zwiększając kąt padania Θ na granicę ośrodków, w pewnym momencie Θ3=Θgr zauważymy, że promień załamany ma zgodny kierunek z granicą ośrodków. Wszystkie promienie padające na granice ośrodków pod kątem większym od kąta granicznego Θ (na rysunku1. jest to promień 4) w ogóle nie przejdą do ośrodka n 0, a cała energia wiązki padającej, bez żadnych strat zostanie w wiązce odbitej. Zjawisko to nosi nazwę całkowitego wewnętrznego odbicia i jest wykorzystywane w światłowodach umożliwiając prowadzenie światła na bardzo duże odległości. Dla przykładu załóżmy, że ośrodkiem n0=1 jest powietrze, a ośrodkiem n1=1.48- szkło kwarcowe. Wówczas dla kąta (Θ3') = 90 sin( Θ3')=1 ze wzoru (1.) otrzymujemy: sin Θgr = sin(90 ) 1 1,48 Θ = 4, 5 gr gr Budowa światłowodu Budowę typowego światłowodu o stałym współczynniku załamania w obrębie rdzenia przedstawia rysunek 3. 3

Rys. 3 Budowa światłowodu Podstawowe parametry takiego światłowodu to: -a - średnica rdzenia, o współczynniku załamania n1 -b - średnica płaszcza o współczynniku załamania n<n1 -d - średnica otuliny Współczynniki załamania rdzenia i płaszcza różnią się od siebie w nieznacznie np.: n1=1,48 n=1,46. Dla takich wartości współczynnika załamania kąt graniczny wyniesie Θgr=80,5. Z powyższego wynika, że aby w światłowodzie mogła propagować się fala wykorzystująca całkowite wewnętrzne odbicie na granicy rdzeń-płaszcz, promienie muszą wpadać pod kątem mniejszym od kąta Θc w stosunku do osi światłowodu. W powyższym przykładzie kąt ten wynosi ok. Θc=(13 ) i nazywany jest kątem akceptacji światłowodu. Wartość ( Θc) określa stożek akceptacji światłowodu w obrębie którego znajdują się promienie świetlne przyjmowane przez światłowód. Należy pamiętać, że podane wartości współczynnika załamania zależne są od długości fali, a więc kąt akceptacji światłowodu zależy również od długości padającej fali. Rysunek 4. przedstawia warunki propagacji światła w światłowodzie. Rys. 4. Kąt akceptacji światłowodu. W oparciu o kąt akceptacji definiowana jest apertura numeryczna światłowodu: NA sin ΘC = n n = (1.3) 1 4

Pomiary I. Stanowisko do pomiaru apertury numerycznej światłowodu Rys. 6. Stanowisko do pomiaru kąta akceptacji światłowodu. L.P. Typ il.szt. Opis 1 1 płyta podstawy 3 pręt mocujący 3 kolumna zwykła 4 3 pochylny uchwyt elementów płaskich 5 1 moduł lasera 6 3 uchwyt małych elementów okrągłych 7 1 moduł kolimatora 8 1 moduł detektora 9 uchwyt światłowodu 10 1 kolumna z podziałką 11 1 światłowód wielodomowy : FT-00-EMT 1 1 pozycjoner XY II. Przygotowanie stanowiska do pomiarów UWAGA: Elementy regulacyjne należy zawsze dokręcać delikatnie i z wyczuciem. Przygotuj laser: przy pomocy kolimatora (7) wyjustuj go, tak by w odległości kilku metrów, obraz plamki był zbliżony gabarytowo do rozmiarów plamki obserwowanej tuż za laserem. 5

Włóż końce światłowodu do uchwytów(9), a te zainstaluj w uchwytach (6) Uchwyt światłowodu od strony lasera ustaw tak by jego czoło pokrywało się z płaszczyzną płytki (6)- co zapewni umiejscowienie światłowodu w osi obrotu kolumny Przygotuj moduł detektora(8) i połącz go z uchwytem światłowodu za pomocą tulejki pośredniej (1) Laser ustaw tak by środek wiązki pokrywał się z czołem światłowodu III. Przebieg pomiarów Dokonaj pomiaru sygnału wyjściowego w funkcji kąta padania wiązki laserowej. Zmianę kąta padania uzyskuje się poprzez obrót kolumny z podziałką Zmierz sygnał wyjściowy U 0 za pomocą woltomierza dołączonego do modułu detektora dla kąta padania wiązki laserowej na światłowód równego 0 stopni (90 o na podziałce) Zwiększaj kąt padania wiązki laserowej co 5 o, obracając kolumnę ze światłowodem w prawo do momentu zmniejszenia się sygnału wyjściowego do wartości 10% wartości U 0. Wykonaj 10 serii pomiarów obracając kolumnę w prawo i 10 serii pomiarów obracając ją w lewo. IV. Opracowanie wyników 1. Wykonaj wykres zależności wielkości sygnału wyjściowego w funkcji kąta padania wiązki laserowej na światłowód.. Wyznacz kąt akceptacji, przyjmując, iż jest to kąt padania wiązki laserowej, przy którym wielkość sygnału wyjściowego maleje do 0% wielkości początkowej. 3. Na podstawie wartości kąta akceptacji oblicz aperturę światłowodu, korzystając ze wzoru 1.3. 6