專利名稱：一種模擬光纖演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光在光纖纖芯中傳播路徑的模擬光纖演示裝置，尤其是一種光在階躍型多模光纖中的全反射現(xiàn)象的演示。
背景技術(shù)：
:光纖導(dǎo)光的幾何光學(xué)原理是光的全反射，纖芯的折射率大于包層的折射率，當(dāng)光線以大于等于臨界角的方向入射到纖芯和包層的分界面時發(fā)生全反射現(xiàn)象，由于光纖直徑只有幾個到百個微米，所以人眼無法看到光束在纖芯中的傳播路徑。目前，大部分理科院校都開設(shè)了《光纖通信原理》課程，有的高中學(xué)校為擴(kuò)大學(xué)生的知識面也會向?qū)W生講授光纖通信的基本原理，通信公司培訓(xùn)和布景也需要演示光在光纖中的傳播原理。但是到目前為止，尚未見有演示光線在光纖中傳播的裝置被公開，究其原因，不僅光纖纖芯的折射率大于包層的折射率，而且兩個折射率平方差的平方根必須小于1，即數(shù)值孔徑小于1，在日常生活和常規(guī)裝置中，沒有這種折射率分布的器件或者裝置。講授者對這部分內(nèi)容的處理主要是理論講解，再結(jié)合畫圖，初學(xué)者很難獲得感性認(rèn)知，在光學(xué)實(shí)踐教學(xué)中迫切需求這樣的一種演示裝置，以填補(bǔ)空白
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種模擬光在光纖纖芯中的傳播演示設(shè)備，使人們能夠直觀地看到光線在纖芯與包層的分界面發(fā)生全反射以及向前傳播的路徑。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括模擬光纖、可見光源、準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器、弧形滑道、實(shí)心玻璃圓柱、圓筒玻璃容器、注水口、注水閥、光滑白板、中心線和填充液；長方形木質(zhì)或金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)的光滑白板的與長邊平行的中心線處粘貼式固定安裝有模擬光纖，模擬光纖的主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，其外周制有內(nèi)空式玻璃質(zhì)的圓筒玻璃容器，圓筒玻璃容器內(nèi)與圓筒玻璃容器同軸心處制有實(shí)心玻璃圓柱，圓筒玻璃容器的內(nèi)直徑大于實(shí)心玻璃圓柱的外直徑，兩者之間的空間內(nèi)充滿填充液；光滑白板的中心線的上側(cè)前端固定制有準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器，對應(yīng)準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器的外側(cè)處制有可見光源；對稱于中心線的模擬光纖的前端處固定制有弧形滑道，模擬光纖的前端點(diǎn)與弧形滑道的中心重合；準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器固定于弧形滑道上并沿弧形滑道滑動，以調(diào)節(jié)激光線束與中心線的夾角；模擬光纖由圓筒玻璃容器、實(shí)心玻璃圓柱、填充液同軸心組合構(gòu)成。本發(fā)明涉及的模擬光纖長度為50-90cm ;注入圓筒玻璃容器中的填充液包括水、酒精或丙酮，或折射率為1.12 1.50的透明液體，以保證數(shù)值孔徑小于I ;可見光源為綠光、藍(lán)光或紅光激光筆、半導(dǎo)體激光器、光纖耦合輸出的全固態(tài)激光器或光纖激光器；模擬光纖或選擇彎曲結(jié)構(gòu)的圓柱體結(jié)構(gòu)，用于演示光纖彎曲對耦合效率的影響；可見光源的耦合系統(tǒng)為兩個共焦的聚焦透鏡，盡管普通玻璃的損耗達(dá)到1000dB/km，模擬光纖對激光功率的損耗10%，在光滑白板的背景下，人眼能夠清楚地看到光線在光纖中的傳播路徑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主體結(jié)構(gòu)簡單，原理可靠，制備成本低，演示效果好，環(huán)境友好，解決了由于光纖直徑小且易碎，不能直接用于演示光線路徑的問題，可廣泛應(yīng)用于光學(xué)教學(xué)場合或?qū)嶒?yàn)室場合。


:圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明涉及的模擬光纖結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
:下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。實(shí)施例:本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括模擬光纖1、可見光源2、準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3、弧形滑道4、實(shí)心玻璃圓柱5、圓筒玻璃容器6、注水口 7、注水閥8、光滑白板9、中心線10和填充液11 ;長方形木質(zhì)或金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)的光滑白板9的與長邊平行的中心線10處粘貼式固定安裝有模擬光纖1，模擬光纖I的主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，其外周制有內(nèi)空式玻璃質(zhì)的圓筒玻璃容器6，與圓筒玻璃容器6同軸心處制有實(shí)心玻璃圓柱5，圓筒玻璃容器6的內(nèi)直徑大于實(shí)心玻璃圓柱5的外直徑，兩者之間的空間內(nèi)充有填充液11 ;光滑白板9的中心線10的上側(cè)前端固定制有準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3，對應(yīng)準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3的外側(cè)處制有可見光源2 ;對稱于中心線10的模擬光纖I的前端處固定制有弧形滑道4，模擬光纖I的前端點(diǎn)與弧形滑道4的中心重合；準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3固定于弧形滑道4上并沿弧形滑道4滑動，以調(diào)節(jié)激光線束與中心線的夾角α ;模擬光纖I由圓筒玻璃容器6、實(shí)心玻璃圓柱5、填充液11同軸心組合構(gòu)成。本實(shí)施例先制備出長度50-90厘米的模擬光纖1，選擇玻璃棒為實(shí)心玻璃圓柱5，其直徑為3厘米，圓筒玻璃容器6的內(nèi)直徑為5厘米，在圓筒玻璃容器6中注滿酒精并固定在光滑白板9上,可見光激光器的光源為輸出功率為6毫瓦的632nm紅光激光筆,準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3為兩個共焦同軸的凸透鏡，焦距分別是30毫米和15毫米，紅光激光筆輸出端面放置在30毫米透鏡的焦點(diǎn)，經(jīng)過準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器3輸出的光束直徑為0.8毫米，弧形滑道4的圓弧半徑為10厘米，保持激光束與模擬光纖I軸線在同一平面內(nèi)，取空氣的折射率為1.00，玻璃的折射率為1.50，酒精的折射率為1.39，當(dāng)光束在空氣與玻璃分界面的入射角a小于或等于69.7度時，折射到實(shí)心玻璃圓柱5中的光線在玻璃與酒精分界面發(fā)生全反射，導(dǎo)致光束在實(shí)心玻璃圓柱5中向前傳播，等同于光在光纖纖芯中的傳播；可以觀察到，光束隨著距離增大而變暗，說明光纖有損耗；改變光線與軸線的夾角α從90度到零度，可觀察到光線在分界面處由折射到全反射的過程。
權(quán)利要求
1.一種模擬光纖演示裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括模擬光纖、可見光源、準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器、弧形滑道、實(shí)心玻璃圓柱、圓筒玻璃容器、注水口、注水閥、光滑白板、中心線和填充液；長方形木質(zhì)或金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)的光滑白板的與長邊平行的中心線處粘貼式固定安裝有模擬光纖，模擬光纖的主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，其外周制有內(nèi)空式玻璃質(zhì)的圓筒玻璃容器，圓筒玻璃容器內(nèi)與圓筒玻璃容器同軸心處制有實(shí)心玻璃圓柱，圓筒玻璃容器的內(nèi)直徑大于實(shí)心玻璃圓柱的外直徑，兩者之間的空間內(nèi)充滿填充液；光滑白板的中心線的上側(cè)前端固定制有準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器，對應(yīng)準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器的外側(cè)處制有可見光源；對稱于中心線的模擬光纖的前端處固定制有弧形滑道，模擬光纖的前端點(diǎn)與弧形滑道的中心重合；準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器固定于弧形滑道上并沿弧形滑道滑動，以調(diào)節(jié)激光線束與中心線的夾角；模擬光纖由圓筒玻璃容器、實(shí)心玻璃圓柱、填充液同軸心組合構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬光纖演示裝置，其特征在于涉及的模擬光纖長度為50-90cm ;注入圓筒玻璃容器中的填充液包括水、酒精或丙酮，或折射率為1.12 1.50的透明液體，以保證數(shù)值孔徑小于I ;可見光源為綠光、藍(lán)光或紅光激光筆、半導(dǎo)體激光器、光纖耦合輸出的全固態(tài)激光器或光纖激光器；模擬光纖或選擇彎曲結(jié)構(gòu)的圓柱體結(jié)構(gòu)，用于演示光纖彎曲對耦合效率的影響；可見光源的耦合系統(tǒng)為兩個共焦的聚焦透鏡，盡管普通玻璃的損耗達(dá)到1000dB/km，模擬光纖對激光功率的損耗10%，在光滑白板的背景下，人眼能夠清楚地看到光線在光纖中的傳播路徑。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模擬光纖演示裝置，光滑白板與長邊平行的中心線處安裝有模擬光纖，模擬光纖的主體為圓柱體結(jié)構(gòu)，其外周制有圓筒玻璃容器，圓筒玻璃容器內(nèi)與圓筒玻璃容器同軸心處制有實(shí)心玻璃圓柱，圓筒玻璃容器的內(nèi)直徑大于實(shí)心玻璃圓柱的外直徑，兩者之間的空間內(nèi)充滿填充液；光滑白板的中心線的上側(cè)前端固定制有準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器，對應(yīng)準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器的外側(cè)處制有可見光源；模擬光纖的前端處固定制有弧形滑道，模擬光纖的前端點(diǎn)與弧形滑道的中心重合；準(zhǔn)直調(diào)節(jié)器固定于弧形滑道上并沿弧形滑道滑動，模擬光纖由圓筒玻璃容器、實(shí)心玻璃圓柱、填充液同軸心組合構(gòu)成；其主體結(jié)構(gòu)簡單，原理可靠，制備成本低，演示效果好，環(huán)境友好。
文檔編號G09B23/22GK103093675SQ201310012168
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者潘淑娣, 劉建華, 葛曉輝, 宋然然 申請人:青島大學(xué)