光纤光学大学物理实验讲义.doc

光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。

半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。

【实验目的】

1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流

2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。

3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。

4. 了解光纤通信的基本原理。

【实验仪器】

导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。

【实验原理】

一、半导体激光器的电光特性

实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量

轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。

因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验

对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激

光器的一些基本特性和使用方法。

半导体激光器的发光原理是基于受激光发射。要使半导体激光器产生相干的受激光需满足两个条件：既粒子数反转与阈值条件。粒子数反转就是使处于高能态的粒子（半导体能带中的电子）数多于低能态的粒子数，达到这个条件，工作物质就产生增益。阈值条件要求粒子数反转必须反转到一定的程度，即达到由于粒子数反转所产生的增益能克服有源介质的内部损耗和输出损耗（激光器输出对有源介质来说就是一种损耗），此后的增益介质就具有净增益。半导体激光器和其他激光器一样，激光器结构都包括三部分，即能产生粒子数翻转的工作物质；使光子不断反馈的振荡，从而实现光增益达到阈值的光谐振腔及激励起粒子数反转的电源。

本实验主要进行半导体激光器的电光特性和测量阈值电流，阈值是激光器的属性，它标志这激光器的增益和损耗的平衡点。由于半导体激光器是电子-光子转换器，因此其阈值常用电流来表示。阈值电流的测定可通过直线拟合法来实现。

当半导体激光器电流小于某值时，输出功率很小，一般我们认为输出的不是激光，只有当电流大于一定值（I 0），使半导体增益系数大于阈值时，才能产生激光，电流I 0称之为阈值电流。半导体激光器的电流与光输出功率的关系如图1所示，曲线在阈值以上的直线部分延长而与电流坐标轴的相交点所对应的电流即为阈值电流。当电流大于I 0时，激光输出功率急剧增大。激光输出功率急剧增大。激光工作时电流大于I 0，但也不可过大，以防损坏激光管（本实验加了保护电路，防止功率过载）。对激光器的调制电流应在I 0附近，此时光功率对电流变化的灵敏度较高。

二、光纤的结构与分类

一般裸光纤具有纤芯、包层及涂敷层（保护层）的三

层结构，如图2所示。①纤芯：由掺有少量其他元素（为

提高折射率）的石英玻璃构成，对于单模光纤。直径约为

9um 。而对于多模光纤，纤芯直径一般为50um 。②包层：

由石英玻璃构成，但由于成分的差异它的折射

率比纤芯的折射率略微低一些，以形成全反射

条件。直径约为125um 。③涂覆层：为了增加

光纤的强度和抗弯性、保护光纤，在包层外涂

覆了塑料或树脂保护层。其直径约250um 。激

图2 b 阶跃型多模光纤 n n a 阶跃型单模光纤

光主要在纤芯和包层中传播。光纤具有以下独特的优点。

1.光纤具有良好的传光特性，他对光波的损耗目前可低到0.2dB/Km.

2.频带宽，信息量大因为光纤传输的是光，现在使用的光纤的频率在1014~1015Hz

的范围内，比微波高5个数量级，即光的频率高。

3.光纤本身是一种敏感元件，光在光纤中传输时，光的特性如振幅、相位、偏振态

等将随检测对象发生变化而相应变化。

4.光纤的电绝缘性好，它不受电磁干扰，无火花，能在易燃、易爆的环境中使用。

5.光纤极细，可塑性好。光纤的总直径为100~200um，可放置在小孔和缝隙等被监

测点，而且对测量点扰动小。

6.光纤原料资源丰富，价格低廉。

按纤芯径向介质折射率分布的不同，可将光纤分为均匀和非均匀两类。如图3，均匀光纤的纤芯与包层介质的折射率分别呈均匀分布，在分界面处折射率有一突变，故又称阶跃型光纤；非均匀光纤纤芯的折射率沿径向成梯度分布，而包层的折射率为均匀分布，故又称为梯度折射率型光纤。按照传输特性的不同，又可将光纤分为单模和多模两种。单模光纤较细，只允许一种传播状态（模式）；多模光纤较粗，可允许同时存在多种传播状态（模式）。

三、光纤的传光原理

当光线从折射率为n1的介质入射到n2的介质时，在介质分界面上将产生折射现象，其规律是：入射角与折射角的正弦之比与两种介质的折射率成反比，即，其中n 1为线芯的折射率，n2为包层介质的折射率。因则,当入射角增大到某一角度时，折射角将等于90o，发生了全反射，于是光便在光纤中沿轴向前传播，这就

是光纤的导光原理。不满足全反射条件的光线，由于在界面上只能部分反射，势必有一些能量会辐射到包层中，致使光能量不能有效传播，溢出光纤，造成光无法传输。

对于一定的光纤结构和光波长，在光纤中能够传播的模式数目是有限的。理论证明：可以传播的传播模数为，其中, 通常V称为归一化频率，为光波导的半径。对于确定结构的单模光纤，通常V 2.405的光波长。对于确

定结构的多模光纤，通常V 2.405的光波长。由归一化频率表达式很容易得到截止波长为

，因此在光纤中，当传播的光波长时，将处于单模工作；而

当时，处于多模工作状态。

三、光纤的数值孔径

由于全反射临界角i c 的限制，光纤对自其端面外侧入射的光束相应的存在着一个最大的入射孔径角，参考图4。假设光纤端面外侧介质的折射率为n 0，自端面外侧以i 0角入射的光线进入光纤后，其到达纤芯与包层分界面处的入射角i 1刚好等于临界角i c 。那么当端面外侧光线的入射角大于i 0时，进入光纤时将不满足全反射条件。因此，i 0就是能够进入光纤且形成稳定光传输的入射光束的最大孔径角。可以证明，对于阶跃型光纤，有： ???? ?

?-=02

221

0arcsin n n n i （1） 一般用光纤端面外侧介质折射率与最大孔

径角正弦的乘积n 0sin i 0,表征允许进入光纤纤芯且能够稳定传输的光线的最大入射角范围，称

为光纤的数值孔径。对于阶跃型光纤数值孔径

大小为： 2

22100sin n n i n NA -== （2） 光纤数值孔径的另一种定义是远场强度有效数

值孔径。远场强度有效数值孔径是通过测量光纤远

场强度分布来确定的。它被定义为光纤远场辐射图

上光强下降到最大值的1/e 2处的半角的正弦值，如

图5所示。

当远场辐射强度达到稳态分布时，测量光线最大

出射的光功率分布曲线及光纤端与探测界面的距离，利用光强下降到最大值的1/e 2处的半张角的正弦值，计算光纤的数值孔径。n 0为空气中的折射率，n 0≈1。

图4

l 光纤端 P r r R 图5

i 0 i c n 0 n 1 n 2

2200sin r l r i n NA +=

= （3）

四、模式 根据光的波导理论，光在光纤中的传播，应可用电磁波的麦克斯韦方程来描述，在特定的边界条件下麦克斯韦方程有一些特定的解，这些解代表着一些可在光纤中长期稳定传输的光束，这些光束或解即被我们称为模式。理论可以证明，对于波长为1310nm 或1550nm 的光波当纤芯小于10um 时，我们所使用的光线中只有一个基模可以稳定传输。它沿径向的光强分布为高斯分布。这种光纤被我们称为单模光纤。光纤中的模式除了与光纤本身的参数折射率、直径有关外，还与光的波长有关。在本实验中采用的是单模光纤，但此“单模”是针对1310-1550nm 波长的，而本实验采用的是650nm 的可见激光，因此有时光纤中耦合模式将不是单模，而是一个简单的多模（如梅花状），各模式间可能有不同的传输路径和偏振态。不同的传输路径将导致光信号的脉冲展宽（色散）。

五、光纤的耦合和耦合效率

光纤的耦合是指将激光从光纤端面输入光纤，以使激光可沿光纤进行传输。一般来说，将激光的不对称发射光束与圆对称的光纤进行最优耦合，需要在光纤和光源之间插入透镜，即所谓的直接耦合。直接耦合技术上比较简单，但耦合效率比较低。

实验采用五个自由度的调整机构来进行光纤的耦合。（半导体激光器被固定在一个二个自由度的角度调整架上，光纤固定在一个三自由度的直线调整架上）。通过五个自由度的反复、细致的调整，使经过聚焦的激光焦点尽量准确地、垂直地落在光纤端面上，以使尽量多的激光进入光纤。由于激光焦点和光纤的端面过于明亮和细小，因此无法用肉眼来判断耦合的情况。从光纤的另一端（输出端）通过观察输出光的强弱（光功率）和光斑的情况来判断耦合情况。当将激光耦合进光纤后，会在输入端面后的一段光纤壁上看到一些泄漏的激光（光纤成红色）这是一些不满足光纤全反射条件的光，从光纤壁上泄漏出来的结果。也可在光纤的任何一段通过强烈弯曲光纤来观察到这种泄漏情况。这是由于强烈的弯曲破坏了该处光纤的轴方向，使一部分光线的全反射条件被破坏，激光从光纤芯中泄漏出来进入了涂覆层中。光纤的弯曲会改变光纤中光的传输模式、光强和偏振状态。可以通过观察输出端的光斑来观察这些现象。

耦合效率η反应了进入光纤中的光的多少。定义如下：

%1000

1?=P P η （4） 其中P 1为进入光纤中的光功率，P 0为激光的输出功率。η在理论上与光纤的几何尺寸，数值孔径等光纤参数有着直接的关系，在实际操作中它还与光纤端面的处理情况和调整情况有着更直接的关系。在本实验中采用光功率计直接测出P 1和P 0来求出η。η同操作者的操作情况有很大关系。

六、光纤的损耗

光纤的损耗是通信距离的固有限制，在给定发射功率和接收灵敏度条件下，它决定了从光发射机到光接收机之间的最大距离，损耗过大将严重影响通信系统的性能。

光纤的损耗用衰减系数表示单位是dB/km,对于光纤损耗的测量方法最简便的和可靠的是剪断法。剪断法是在耦合好的光纤输出端测量输出功率P 2，然后再保持如何功率不变的前提下，在剪断一截长为L 的光纤，再测量输出端的光功率P 1 则光纤的损耗定义为：，

光纤的损耗与光纤材料及光纤的结构有关，也与光纤的几何形状和缠绕方式等有关。目前通信用的光纤在1.5um 波段为0.25dB/Km ，已经接近光纤的固有损耗。

七、光纤通信

由于上个世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术的突破性进展，同时光纤通信具有容量大、频带宽、光纤损耗低、传输距离远、不受电磁场干扰等优点，因此光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。

光纤通信的大致过程是：将要传输的信息（语言、图像、文字、数据）加载到载波上，经发送机处理(编码、调制)后，载有信息的光波被耦合到光纤中，经光纤传输到达接收机，接收机将收到的信号处理（放大、解码、整形）后，还原成原来发送的信息（语

言、图像、文字、数据），如图6所示，本实验将观察通过光纤传输声音信号的整个过程。

模拟

信号 模拟 信号

光接收机 光发射机 传输 光纤 解调模块 调制 模块 信号接口模块

光接收模块 信号接口模块 光发射模块 图6

从音频信号源（录音机）发出的信号，在示波器上观察是一串幅度、频率随声音变化的近似正弦波信号。该信号经调制电路调制后加载在一个80KHz的方波上，对方波的脉冲宽度进行了调制，并以此调制信号驱动半导体激光器，使激光器发出一连串经声音调制的光脉冲。该光脉冲进入光纤后经过光纤的传输，从光纤出光端输出，被光电二极管接收，还原成电信号。这时我们可以从示波器上观察到一串与驱动信号相对应的脉冲信号，这种脉冲信号再经过解调电路的解调，最后还原成近似正弦波的电信号，这时，可以从示波器上观察到一系列与音频信号源输出信号相对应的波形。这个近似正弦波的电信号经功率放大后驱动扬声器，便可以听到声音了。

【实验内容】

一、半导体激光器的电光特性

1.将导轨放置在稳定平台上，在导轨的一段防止半导体激光器及其调整架，另一端放

置功率计探头。

2.打开实验仪电源，将实验仪功能置于“直流”档。将电流调节旋钮缓慢的顺时针旋

至最大，同时观测功率计变化，注意功率计变化很快的电流值。

3.调整激光器的激光指向，使激光进入功率指示计探头，并使显示值达到最大。

4.逆时针旋转电流旋钮，逐步减小激光器的驱动电流，并计录下电流值和相应的光功

率值。

5.用坐标纸绘出电流—功率曲线，即为半导体激光器的电光特性曲线。曲线斜率急剧

变化处所对应的电流即为阈值电流。

注意：为防止半导体激光器因过载而损坏，实验仪中含有保护电路，当电流过大时，光功率会保持恒定，这是保护电路在起作用，而非半导体激光器的电光特性。

二．光纤的端面处理和夹持

1.在导轨的依次放置半导体激光器及其调整架，三维光纤调整架、光纤座和功率计

探头。

2.光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层。

3.在5mm处用光纤刀刻划一下。用力不要过大，以不使光纤断裂为限。

4.在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏

和污染。

5.在5mm处用光纤刀刻划一下小心的放入光纤夹中，伸出长度约10mm，用簧片

压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁紧。

6.将光纤的另一端用同样的处理方法处理后，放入光纤座上的刻槽中，伸出长度约

10mm，用磁吸压住。

7.将光纤座中的光纤输出头，进行调整使光纤的输出对准功率计探头。

三、光纤的耦合与模式

1. 将实验仪功能档置于直流档。

2. 调整半导体激光器的工作电流，使激光不太明亮，用一张白纸在激光器前面前后移动，确定激光焦点的位置。（激光过强会使光点太亮，反而不宜观察。）

3.通过移动三维光纤调整架和调整Z轴旋钮，使光纤端面尽量逼近焦点。

4.将激光器工作电流调至最大，通过仔细调节三维光纤调整架上的X轴、Y轴、Z 轴调整螺钉和激光器调整架上的俯仰、扭摆角调整螺钉，使激光照亮光纤端面并耦合进光纤。

5. 用功率指示计监测输出光强的变化，反复调整各调整螺钉，直到光纤输出功率达到最大为止。记下功率值。此值与输入端激光功率之比即为耦合效率（不计吸收损耗）。通常情况下。应该能够调节到200uW以上这样才能保证光纤通信实验的顺利进行。如多次调节不成功，检查光纤断面，可重新进行光纤端面。

6. 取下功率指示计探头，换上白屏，轻轻转动各耦合调整旋钮，观察光斑形状变化（模式变化）。

7.弯曲光纤，观察光斑形状变化（模式变化）。

四、模拟（音频）信号的调制，传输和解调还原

1. 将激光耦合进光纤。

2. 将实验仪的功能档置于“音频调制”档。

3. 将示波器的CH1和CH2通道分别与“输出波形”端和“输入波形”端相连。

4. 将示波器“扫描频率”置于10 s/Div档，示波器显示应为近似的稳定矩形波。

5. 从“音频输入”端加入音频模拟信号，这时观察到示波器上的矩形波的前后沿闪动。

6. 打开实验仪后面板上的“喇叭”开关，应可听到音频信号源中的声音信号。（此时音频信号的强弱与耦合效率成正比，既耦合效率越高，传输的音频信号越清晰，反之音频信号越弱。）

7. 可分别观察实验仪发射模块“调制”前后的波形和接收模块“解调”前后的波形。观察、了解音频模拟信号调制、传输、解调过程和情况。

8．“喇叭”开关平时应处于“关”状态，以免产生不必要的噪声。

四、光纤损耗的测量

1.将耦合好激光输出端与光功率计探头对准，用功率计读取光功率并记录。

2.根据需要截取一段光纤，并用导轨的刻度记录，光纤的长度。

3.记录截取光纤后的输出端光的功率。

4.通过计算得出光纤的损耗。

注意事项：

1．请勿直视激光光束。

2．如在使用过程中，光纤断在光纤夹，请务必剔除光纤断头，（可用纸片或刀片刮净细缝底部），再安装新的光纤。否则可能损坏光纤夹压片。

【思考问题】

1．在远距离光纤传输时，为什么一般采用单模光纤？光纤模式是如何影响带宽的？

2．光纤中传输的信息可以被窃听吗？设计一种比较简单的方法！

本节参考文献：

1.王仕璠等.现代光学实验.北京：北京邮电大学出版社，2007

2.陈士谦.光信息科学与技术专业实验.北京：清华大学出版社 2007

3.王庆有，光电信息综合实验与设计教程，电子工业出版社，2010.

大学物理实验(二)讲义

大学物理实验（I I）实验讲义 华中科技大学物理学院实验教学中心

目录 实验1：偏振光实验 (1) 实验2：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 (5) 实验3：振动力学综合实验 (13) 实验4：RLC电路和滤波器 (22)

实验1：偏振光实验 【实验目的】 1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。 2.了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。 3.掌握一些光的偏振态（自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）的鉴别方 法以及相互的转化。 【课前预习】 1.光的波动方程以及麦克斯韦方程组。 2.电磁波的偏振性及波片的性质。 【实验原理】 1、自然光与偏振光 麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，故此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等，这种光就称为自然光。光矢量在垂直于传播方向上有规则变化则体现了光波的偏振特性。如果光矢量方向不变，大小随相位变化，这时在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线，则称此光为线偏振光（平面偏振光），光矢量与传播方向构成的平面叫振动面如图1（a）。图1(b)是线偏振光的图示法，其中短线表示光矢量平行于纸面，圆点表示光矢量与纸面垂直。如果其光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆或者椭圆，这样的光相应的被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，如图1（c）。介于偏振光和自然光之间的还有一种叫部分偏振光，其光矢量在某一确定方向上最强，亦即有更多的光矢量趋于该方向，如图1（d）。任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。 2、双折射现象 当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射。冰洲石（方解石）就是典型的双折射晶体，如通过它观察物体可以看到两个像。当一束激光正入射于冰洲石时，若表面已抛光则将有两束光出射，其中一束光不偏折，即o光，它遵守通常的折射定律，称为寻常光。另一束发生了偏折，即e光，它不遵守通常的折射定律，称为非常光。用偏振片检查可以发现，这两束光都是线偏振光，但其振动方向不同，其两束光的光矢量近于垂直。晶体中可以找到一个特殊方向，在这个方向上无双折射现象，这个方向称为晶体的光轴，也就是说在光轴方向o光和e光的传播速度、折射率是相等的。此处特别强调光轴是一个方向，不是一条直线。只有一个光轴的晶体称为单轴晶体，如冰洲石，石英，红宝石，冰等，其中又分为负晶体（o光折射率大于e光折射率，即n o>n e）和正晶体（n o

大学物理实验期末考试复习提纲

2011-2012年度第一学期大学物理实验期末考试复习提纲 一、考试时间：2012年1月4日下午16:20 — 18:00 二、考试地点（另行通知） 三、考试题型 1．填空题（20分，每空1分） 2．选择题（20分，每题2分） 3．作图题（10分，每题5分） 4．简答题（28分，每题7分） 5．计算题（22分，第1题10分，第2题12分）四、复习提纲 （一）误差理论与数据处理 1．测量的概念 2．测量的分类 3．误差的定义 4．误差的分类 5．随机误差的统计规律 6．不确定度的概念 7．不确定度的分类 8．直接测量和间接测量不确定度的计算 9．有效数字的概念 10．数值修约规则 11．有效数字的加减乘除运算 12．数据处理（作图法、逐差法、最小二乘法）（二）长度测量 1．游标卡尺与螺旋测微器分度值与零点误差 2．游标卡尺与螺旋测微器读数规则 （三）单摆 1．单摆周期公式 2．累积放大法（四）固体液体密度测量 1．物理天平的调节 2．静力称衡法 3．比重瓶法 （五）液体粘度的测定 1．斯托克斯公式 2．落球法 （六）牛顿第二定律验证 1．气垫导轨调平方法 2．牛顿第二定律验证方法 （七）杨氏模量的测量 1．光学放大法 2．拉伸法 （八）薄透镜焦距的测定 1．透镜成像特点 2．凸透镜焦距测量（自准直法、一次成像法、二次成像法） 3．凹透镜焦距测量（辅助透镜法） （九）牛顿环 1．光的干涉条件 2．牛顿环干涉图像特点 （十）电磁学实验的基础知识 1．伏安法（内接法、外接法、限流、分压） 2．电表读数规则 3．电表仪器误差 （十一）二极管伏安特性测定 1．二极管正向伏安特性 2．二极管反向伏安特性

光纤光学与半导体激光器的电光特性(课题)

- 59 - 光纤光学与半导体激光器的电光特性 1970年美国康宁玻璃公司Kapron 博士等人研制出低损耗的光纤，同年贝尔研究所的林严雄等人研制出能在室温下连续工作的半导体激光器，这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变为可能，引起各国电信科技人员竞相研究和实验。至今，应用光纤通信系统已经多次更新换代，通信容量和传输距离迅速增长，光纤通信系统已成为通信线路的骨干。 预习要求 1．了解半导体激光器的输出特性。 2．查阅资料，了解光纤的结构和分类、光纤的耦合、光纤中光信号的传输理论（光纤中的模式），知道数值孔径的定义及其测量方法。 课题任务及部分实验方案参考 1． 仔细阅读说明书，了解主机面板功能。 2． 研究半导体激光器的电光特性，绘制电流—功率曲线，曲线斜率急剧变化处所对应的电流即为阈值电流。 注：为防止半导体激光器因过载而损坏，实验仪中含有保护电路，当电流过大时，光功率会保持恒定，这是保护电路在起作用，而非半导体激光器的电光特性。 3．测量耦合效率，然后取下功率指示计探头，换上白屏，轻轻转动各耦合调整旋钮，或轻轻弯曲光纤，观察光斑形状变化（模式变化）。 注：此实验务必认真处理光纤端面，并将光纤小心地放入光纤夹中，处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏和污染。 4．光斑法测量数值孔径。提示：仔细调整各耦合旋钮，尽量使输出成为明亮、对称、稳定，附件的探头光栏置于Φ6.0档，并使之紧贴光纤输出端面，以保证输出光可全部进入探头，公式 2200sin r l r i n NA +== 5．正确连线、观察、了解音频模拟信号的调制、传输、解调过程和情况。 6．测量光纤中的光速和光纤材料的平均折射率。 7.(选作)光斑扫描法测量数值孔径。耦合状态同任务4，探头光阑置于直径0.5-1mm 档，距光纤输出端面前40~80mm 处，找到高斯光斑的中心位置，沿径向平移探测器至接收到的光功率最小，绘出光强分布曲线，应近似为高斯曲线，以该曲线的最高点的1/e 2处的尺寸作为光斑直径2r ，计算数值孔径。 实验注意事项 1． 请勿直视激光 。 2． 如在使用过程中，光纤断在光纤夹中，请务必剔除光纤断头，在安装新的光纤，否则可能损坏光纤夹压片。 思考题 1．在远距离光纤传输时，为什么一般采用单模光纤？光纤模式是如何影响带宽的？ 2．光纤中传输的信息可以被窃听吗？设计一种比较简单的方法！

(完整版)光纤光学练习题

一、选择题（下列各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1.5分，共30分） 1 有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是错误的？ A、对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式是唯一确定的； B、TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； C、一个模式都有自己对应的截止频率； D、HE11模是唯一不能截止的模式。 2 光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出的模式与很多因素有关，问光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素无关： A、入射光源的光功率； B、入射介质的折射率； C、光的入射角； D、入射点的位置。 3 主模式号为14的模群中所含的精确模式总数为： A、14； B、26； C、28； D、7 4 通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是： A、光纤的弯曲损耗； B、OH—吸收损耗； C、过渡金属离子吸收； D、瑞利散射损耗。 5 线偏振模的模斑为： A、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为暗； B、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为暗； C、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为亮； D、径向亮斑数为，角向亮斑数为，而且中心为亮。 6光纤的损耗是由许多不同因素造成的，其中不可能消除的因素是： A、弯曲损耗； B、OH吸收； C、过度金属离子吸收； D、瑞利散射 7 一光信号在光纤中传播了5000m,功率损耗了15%，该光纤的损耗是 A、0.14dB/km； B、0.71dB/km； C、0.64dB/km； D、0.32dB/km。 8 对于1330nm的单模光纤，当入射光中心波长为1550nm，光谱宽度为10nm时，不可能存在的色散是哪一个？ A、模间色散； B、材料色散； C、波导色散； D、偏振模色散。 9 数值孔径NA是光纤的一个重要参数，下列哪些命题是错误的？ A、NA越大，光纤的收光能力越大； B、NA越大，光纤的收光角越大； C、NA越大，光源与光纤的耦合效率越高； D、NA越大，多模光纤的模式色散越小。 10 下列光纤的色散，由小到大的排列次序为： A、多模的GIOF、多模SIOF、单模光纤； B、多模SIOF、多模的GIOF、单模光纤； C、单模光纤、多模的GIOF、多模SIOF； D、多模SIOF、单模光纤、多模的GIOF 11 以下那一种是非零色散位移光纤： A、G．655光纤； B、G．653光纤； C、G．652光纤； D、G．651光纤。 12 有关光纤中的色散论述错误的是： A、色散的存在使光纤通信系统的传输速率降低、传输容量变小； B、色散位移的目的是使零色散波长与最低损耗波长一致； C、正色散的光纤使光脉冲展宽，而负色散的光纤使光脉冲压缩，所以，负色散的光纤也成为色散补偿光纤；

大学物理实验讲义(密度测定)

大学物理实验讲义(密度测定)

不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体 密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比 水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理 和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 密 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天

1 m 图3 静力 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m =ρ （ 1 ） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m 物

（空气浮力忽略不计），全部 浸没在水中（悬吊，不接触 烧杯壁和底）的表观质量为 m 1（如图3示），体积为V ， 水的密度为ρ水 。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1m m V ρ-=水 被测物密度： 1m m V m m ρρ==-水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1 m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：1m 图4 静力称衡法和助待 测物块m

大学物理实验复习资料

大学物理实验复习资料 复习要求 1．第一章实验基本知识； 2．所做的十二个实验原理、所用的仪器（准确的名称、使用方法、分度值、准确度）、实验操作步骤及其目的、思考题。 第一章练习题（答案）1．指出下列情况导致的误差属于偶然误差还是系统误 差？ ⑴读数时视线与刻度尺面不垂直。——————————该误差属于偶然误差。 ⑵将待测物体放在米尺的不同位置测得的长度稍有不同。——该误差属于系统误差。 ⑶天平平衡时指针的停点重复几次都不同。——————该误差属于偶然误差。 ⑷水银温度计毛细管不均匀。——————该误差属于系统误差。 ⑸伏安法测电阻实验中，根据欧姆定律R x=U/I，电流表内接或外接法所测得电阻的阻值与实际值不相等。———————————————该误差属于系统误差。 2．指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取成三位有效数字，并写成标准式。 测量值的尾数舍入规则：四舍六入、五之后非零则入、五之后为零则凑偶 ⑴63.74 cm ——四位有效数字，6.37 ×10cm 。 ⑵ 1.0850 cm ——五位有效数字，1.08cm ， ⑶0.01000 kg ——四位有效数字， 1.00 ×10－2kg ， ⑷0.86249m ——五位有效数字，8.62 ×10－1m ， ⑸ 1.0000 kg ——五位有效数字，1.00kg ， ⑹ 2575.0 g ——五位有效数字，2.58×103g ， ⑺ 102.6 s；——四位有效数字，1.03 ×102s ， ⑻0.2020 s ——四位有效数字， 2.02 ×10－1s ， ⑼ 1.530×10－3 m. ——四位有效数字，1.53 ×10－3m ⑽15.35℃——四位有效数字，1.54×10℃3．实验结果表示 ⑴精密天平称一物体质量，共称五次，测量数据分别为：3.6127g，3.6122g，3.6121g，3.6120g，3.6125g， 试求 ①计算其算术平均值、算术平均误差和相对误差并写 出测量结果。 ②计算其测量列的标准误差、平均值标准误差和相对 误差并写出测量结果。 解：算术平均值 = m3 612 3 5 15 1 . ≈ ∑ =i i m （g） 算术平均误差m ? = - =∑ = 5 1 5 1 i i m m 0.00024 = 00003（g） 相对误差 m m E m ? = =0.0003/3.6123=0.000083≈0.009% 用算术平均误差表示测量结果：m = 3.6123±0.0003（g） 测量列的标准误差 ()()()( 1 5 3 2 6123 3 6121 3 2 6123 3 6122 3 2 6123 3 6127 3 - + - + - + - =. . . . . . =0.0003（g） 经检查，各次测量的偏差约小于3σ，故各测量值均 有效。 平均值的标准误差 5 0003 0. = = n m σ σ ≈0.00014（g） 相对误差 % . % . . 0004 100 6123 3 00014 ≈ ? = = m E m m σ 用标准误差表示的测量结果= m 3.61230±0.00014（g） ⑵有甲、乙、丙、丁四人，用螺旋测微器测量一铜球 的直径，各人所得的结果是： 甲：(1.3452±0.0004)cm；乙：(1.345±0.0004)cm 丙：(1.34±0.0004)cm；丁：(1.3±0.0004)cm 问哪个表示得正确？其他人的结果表达式错在哪里？ 参考答案：甲：正确。 测量结果的最后一 其他三个的错误是测量结果的最后一位没有与误差所 在位对齐。 ⑶用级别为0.5、量程为10mA的电流表对某电路的 电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计

大学物理实验期末复习材料

绪论-《测量的不确定度与数据处理》 1、有效数字、有效数字的单位换算 有效数字：测量结果中所有可靠数字和一个欠准数统称为有效数字。 有效数字的单位换算：在单位换锁或变换小数点位置时，不能改变有效数字位数，而是应运用科学计数法，把不同单位用10的不同次幂表示。 2、测量不确定度：测量不确定度是与测量结果相关联的参数，表征测量值的分散性、准确性和可靠程度，或者说它是被测量值在某一范围内的一个评定。 测量结果的最佳估计值 11 n i i x x n ==∑ A 类不确定度 211()=()n i i A x x x U n n σ=-=?-∑ B 类不确定度 3B U ?=仪 合成不确定度 22A B U U U =+ 测量结果的表示 x x U =± 3、数据处理方法：作图法、逐差法 作图法：1）：图示法：选取合适的坐标纸，把两组互相关联的物理量的每一对测量值标记成坐标纸上的一个点，用符号“+”表示，叫做数据点，然后根据实验的性质，把这些点连成折线，或拟合成直线或曲线，这就是图示法。 2）：图解法解实验方程：线性方程，Y=mx+b 其参数的误差与所有测量数据的误差都有关，也与坐标纸的种类、大小以及作图者自身的因素有关。 3):曲线的改直 逐差法：自变量等间隔变化，而两物理量之间又呈现线性关系时，我们除了采用图解法，最小二乘法以外，还可采用逐差法。 逐差法要求自变量等间隔变化而函数关系为线性。 实验一 长度和固体密度的测量 1、 物理天平的调节过程及注意事项 调平：1）转动调平螺丝，使水准的水泡剧中。 2）调零：天平空载，游码置于横梁上的零位置，指针应在标尺中央或在中央附近对称摆动。 3）称横：观察天平是否平衡，若不平衡，适当增减砝码或移动游码，直至平衡。 注意事项： A 、常止动：为避免道口受冲击损坏，取放物体、砝码，调节平衡螺母以及不是

大学物理实验讲义实验牛顿环.docx

实验09用牛顿环测曲率半径 光的干涉现象证实了光在传播过程中具有波动性。光的干涉现象在工程技术和科学研究方面有着广 泛的应用。获得相干光的方法有两种：分波阵面法（例如杨氏双缝干涉、菲涅尔双棱镜干涉等）和 分振幅法（例如牛顿环等厚干涉、迈克尔逊干涉仪干涉等）。本实验主要研究光的等厚干涉中的两个典型 干涉现象，即牛顿环和劈尖干涉，它们都是用分振幅方法产生的干涉，其特点是同一条干涉条纹 处两反射面间的厚度相等，故牛顿环和劈尖都属于等厚干涉。在实际工作中，通常利用牛顿环来测量 光波波长，检查光学元件表面的光洁度、平整度和加工精度，利用劈尖来测量微小长度、薄膜的厚度 和固体的热膨胀系数等。 【实验目的】 1.观察光的干涉现象及其特点。 2.学习使用读数显微镜。 3.利用牛顿环干涉测量平凸透镜的曲率半径R 。入射光 4.利用劈尖干涉测量微小厚度。 【仪器用具】 R 读数显微镜、钠光灯、牛顿环装置、劈尖 r K d K 【实验原理】O (a) 1.牛顿环 牛顿环干涉现象是 1675 年牛顿在制作天文望远镜时，偶 然地将一个望远镜的物镜放在平面玻璃上而发现的。 如图 8-1 所示，将一个曲率半径为R（R很大）的平凸 透镜的凸面放在一块平面玻璃板上，即组成了一个牛 顿环装置。在透镜的凸面与平面玻璃板上表面间，构成了 一个空气薄层，其厚度从中心触点O （该处厚度为零） 向外逐渐增加，在以中心触点O 为圆心的任一圆周上的各点，薄空气层的厚度都相等。因此，当波长为的单色 光垂直入射时，经空气薄层上、下表面反射的两束相干光 形成的干涉图象应是中心为暗斑的宽窄不等的明暗相间 的同心圆环。此圆环即被称之为牛顿环。由于这种干涉条 纹的特点是在空气薄层同一厚度处形成同一级干涉条纹，因 此牛顿环干涉属于等厚干涉。 D 1 X (左)X(右 ) 11 D 4 X 4(左)X 4(右 ) (b) 图8-1 牛顿环的产生 设距离中心触点O 半径为 r K的圆周上某处，对应的空气薄层厚度为 d K，则由空气薄层上、下表面反射的两束相干光的光程差为 K 2d K 2 （ 8-1）

大学物理实验理论考试题目及答案

题库B-12 单项选择题（答案仅供参考） 1．两个直接测量值为0．5136mm 和10．0mm ，它们的商是（ C ） 0.1 :D 0.051:C 0.0514:B 05136.0:A 最少为三个有效数字 2．在热敏电阻特性测量实验中，QJ23型电桥“B ”和“G ”开关的使用规则是：（ A ） A ：测量时先按“B ”，后按“G ”，断开时先放“G ”后放“B ” B ：测量时先按“G ”，后按“B ”，断开时先放“B ”后放“G ” C ：测量时要同时按“G ”和“B ”，断开时也要同时放“B ”和“G ” D ：电桥操作与开关“G ”和“B ”的按放次序无关。 3．在观察李萨如图形时，使图形稳定的调节方法有：（ B ） A ：通过示波器同步调节，使图形稳定； B ：调节信号发生器的输出频率； C ：改变信号发生器输出幅度； D ：调节示波器时基微调旋扭，改变扫描速度，使图形稳定。 观察丽莎如图时没有用扫描电压，所以ACD 不适用，只能通过调节两个输入信号使之 匹配 4．QJ36型单双臂电桥设置粗调、细调按扭的主要作用是：（ A ） Ａ：保护电桥平衡指示仪（与检流计相当），便于把电桥调到平衡状态； Ｂ：保护电源，以避免电源短路而烧坏； Ｃ：保护标准电阻箱； Ｄ：保护被测的低电阻，以避免过度发热烧坏。 5．选出下列说法中的正确者：（ A ） Ａ：QJ36型双臂电桥的特点之一，是它可以大大降低连接导线电阻的影响。 B ：QJ36型双臂电桥连接低电阻的导线用铜片来代替，从而完全消除了导线引入的误差。 C ：QJ36型双臂电桥设置“粗”、“细”调按钮，是为了避免电源烧坏。 D ：双桥电路中的换向开关是为了保护被测的低电阻，以避免过度发热而烧坏。 6.某同学得计算得某一体积的最佳值为3 415678.3cm V =(通过某一关系式计算得到)，不 确定度为3064352.0cm V =?，则应将结果表述为：( D ) A ：V=3.415678±0.64352cm 3 B: V=3.415678±0.6cm 3 C: V=3.41568±0.64352cm 3 D: V=3.42±0.06cm 3 7．几位同学关于误差作了如下讨论： 甲：误差就是出了差错，只不过是误差可以计算，而差错是日常用语，两者没有质的区别。 乙：误差和差错是两个完全不同的概念，误差是无法避免的，而差错是可以避免的。 丙：误差只是在实验结束后，对实验结果进行估算时需要考虑。 丁：有测量就有误差，误差伴随实验过程始终，从方案设计、仪器选择到结果处理，均离不开误差分析。 正确的选择是：( B ) A ：甲乙丙丁都对； B ：乙和丁对，甲和丙错；

大学物理实验期末考试

“物理实验III-1”期末考试试卷（C卷） 一、填空、选择、简答题（任选4题，若多答则按前4题记分）（在选择的题上画圈）（8分） 1 单双臂电桥测量电阻值的适用范围是：( ) （A）单双臂电桥都可以测量任何阻值的电阻； （B）单臂电桥适用于测量中值电阻，而双臂电桥适用于测量低值电阻； （C）双臂电桥只适用于测量低值电阻；而单臂电桥测量电阻的范围不受限制； （D）单臂电桥只适用于测量低值电阻；而双臂电桥测量电阻的范围不受限制； 2 误差按照性质可分为两种类型，即_________和系统_________。 3 进行十一线电位差计实验时，在工作电流标准化的过程中，检流计始终单方向偏转，不指零，其原因为： （A）标准电池接反（B）检流计灵敏度不高 （C）电阻丝不均匀（D）工作电源过高 4 在上图中画出x偏转板上的信号波形： 5 探测线圈处于什么条件下毫伏表的读数最大？毫伏表读数最小，又说明什么问题？ 答： 6 在进行n次测量的情况下，任一次测量的标准偏差为： (A) (B)(C)(D) 7 用螺旋测微计计量长度时，测量值=末读数—初读数，初读数是为了消除( ) (A)系统误差(B)偶然误差(C)过失误差(D)其他误差

8 分光计的刻度上有720个分格，每一格为30’，角游标的30个分格对应着刻度盘上的29个分格，该游标的分度值为____________。 二、有效数字及运算（6分） 1.计算下列函数有效数的结果： (1) x=9.80, lnx=________ (2) x=5.84, =________ (3) x=0.5275, =________ 2.把下列各数按数字修约规则取为四位有效数字 (1) 21.495 _______ (2) 43,465 _______ (3) 8.1308 _______ 三、推导不确定度传递公式（8分） (1) N=x+y+2z (2) f = (a ≠b) 四、（６分）在单摆测重力加速度实验中，用2 24l g T π=计算重力加速度。已获得摆长l 与周期T 的测量结果为： (100.0100.010)l cm =± (2.00210.0020)T =±秒 写出表示重力加速度g 的测量结果，即： 要求推导出不确定度的方差传递公式 ?g g ?= 计算出不确定度?g ?=最后写出测量结果g g g =±?。

光纤光学大学物理实验讲义.doc

光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激

大学物理实验讲义实验用霍尔效应法测量磁场

实验16用霍尔效应法测量磁场 在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范 围可从~10 15-3 10T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。 一般地，霍尔效应法用于测量10~104 -T 的磁场。此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。 用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。 【实验目的】 1. 了解霍尔效应产生的机理。 2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。 3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。 4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。 【仪器用具】 TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应产生的机理 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。 霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为： evB F g =（1-1） 则在Y 方向，在试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型，对N 型半导体试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型半导体试样，霍尔电场则沿Y 方向，即有： 当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 逆Y 正方向的试样是N 型半导体。

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大学物理实验讲义 普通物理教研室编 班级： 学号： 姓名：

学生实验守则 1、进实验室前，必须根据每个实验的预习要求，阅读有关资料。 2、按时进入实验室，保持安静和整洁，独立完成实验。 3、实验开始前，应仔细检查仪器、设备是否齐备和完好。若有不全或损坏情况，应及时报告指导教师。 4、爱护公物，正确使用实验仪器和设备，不得随意动用与本实验无关的仪器和设备。 5、接线完毕，先自行检查，再请指导教师检查，确认无误后，方可接通电源。 6、在实验过程中必须服从教师指导，严格遵守操作规程，精力高度集中，操作认真，要有严格的科学态度。 7、实验进行中，严禁用手触摸线路中带电部分，严禁在未切断电源的情况下改接线路；若有分工合作的情况，必须要分工明确，责任分明，操作要有序，以确保人身安全和设备安全。 8、实验中若出现事故或发现异常情况，应立即关断电源，报告指导教师，共同分析事故原因。 9、实验完毕，应报请指导教师检查实验报告，认为达到要求后，方可切断电源。并整理好实验装置，经指导教师检查后才能离开实验室。

目录 序言 (1) 绪论 (2) 测量误差与实验数据处理基础知识 (4) 实验一长度的测量 (15) 实验二牛顿第二定律的验证 (20) 实验三固体和液体密度的测量 (23) 实验四测量比热容 (25) 4-1 混合法测固体比热容 (25) 4-2 冷却法测液体比热容 (26) 实验五测量冰的熔解热 (28) 实验六测量线胀系数 (30) 实验七万用电表的使用 (32) 实验八磁场的描绘 (36) 实验九惠斯登电桥测中值电阻 (40) 实验十伏安法测电阻 (43) 实验十一电位差计测电池的电动势和内阻 (45) 实验十二示波器的使用 (48) 实验十三静电场的描绘 (52) 实验十四测量薄透镜焦距 (55) 实验十五等厚干涉现象的研究 (58) 【参考文献】 (60)

大学物理实验讲义(密度测定)

图3 静力称衡法测密度 不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m = ρ （1） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m （空气浮力忽略不计），吊，不接触烧杯壁和底）的表观质量为m 1（如图3示），体积为水的密度为ρ水。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1 m m V ρ-= 水 密度瓶 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天平

被测物密度： 1 m m V m m ρρ= = -水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：12()Vg m m g ρ=-水，则被测物体积为： 12 m m V ρ-= 水 被测物密度为： 12 m m V m m ρρ= = -水 （3） 3、用密度瓶测定碎小固体（小石子）的密度 假设密度瓶的质量为1m ，将瓶内装满待测的小石子后的质量为2m ，则待测小石子的质量：21m m m =-。 然后将装有小石子的密度瓶加满水，再称其总质量3m ，为了得到小石子排开水的体积，还需要将密度瓶里的小石子倒出，再加满水称得其质量为4m 。 这样可得小石子排开水的质量为：43214321(())m m m m m m m m ---=-+- 图5 密度瓶法测小石子的密度 123 4图4 静力称衡法和助沉法测石蜡块的密度 待测物块（石蜡块） 2

光纤实验讲义_第二版

光纤技术实验讲义 曾维友编 审 湖北汽车工业学院

目录 实验一光纤基本实验 (1) 实验二多模光纤NA测量和光纤传输损耗测量 (5) 实验三光纤分束器、衰减器及隔离器参数测量 (9) 实验四半导体激光器/发光二极管特性测试 (13) 实验五数字信号光纤传输实验 (19) 实验六模拟信号光纤传输和电话语音光纤传输 (24) 实验七时分复用和波分复用 (28) 实验八图像光纤传输与系统眼图抖动实验 (39) 实验九计算机自环光纤通讯实验 (45) 实验十图像、声音单/双光纤传输实验 (48) 实验十一光纤活动连接器、光波分复用器 (50) 实验十二多路数据+1路图像单/双光纤传输实验 (58) 实验十三光纤传感器设计与应用实验 (69) 实验十四光纤线路接口码型HDB3编译码实验 (73) 附录A THKEGC-2型实验箱接口定义 (79) 附录B ZY12OFCom23BH1开关、电位器功能说明 (82)

实验一光纤基本实验 一、实验目的 1、了解光纤的基本结构； 2、通过具体演示，使实验者对光纤光学有基本的认识，为以后的实验打下基础； 3、学习光纤端口处理方法及焊接过程； 4、学习光纤与光源耦合的方法。 二、实验内容 1、观察光纤基模远场分布； 2、观察多模光纤输出的近场与远场图案； 3、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系； 4、学习光纤端面的制备，光纤的焊接及光纤与光源的耦合。 三、实验仪器 He-Ne激光器 1台 光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台 SGN-1光功率计 1台 光纤切割刀 1套 光纤熔接机TYPE-39 1台 633nm单模、多模光纤 1米 普通通信光纤跳线 3米 手持式光源 1台 手持式光功率计 1台 四、实验原理 光纤的基本结构包括纤芯、包层和套层，光在光纤中传输时，其传输特性与光纤的折射率分布形式、光纤的芯径及光波的波长密切相关。模场分布属于光纤的本值特征，与外界激励条件无关。光纤的输出近场是光纤输出端面光功率沿光纤半径r的分布，如果光纤中各导模的损耗相同，又无模式耦合，则输出近场与光纤输入端面光功率分布相同。光纤的输出远场分布是在距光纤输出端面足够远处，光纤的输出光功率沿孔径角 的分布，远场分布与光纤的数值孔径有关。 光纤与光源的耦合方法分为直接耦合和用聚光器件耦合两种。直接耦合是使光纤直接对准光源接收光功率，这种方法的操作过程是：将用专用设备切制并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，调整位置使光纤输出光功率最大，然后将其固定。这种方法结构简单，成本低廉，但耦合效率通常比较低。 聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。用聚光器件耦合是将光源发出的光通过聚光

2020090 光纤光学(中英文)(2011)

天津大学《光纤光学》课程教学大纲 课程编号：2020090 课程名称：光纤光学 学时：32 学分： 2 学时分配：授课：32 上机： 0 实验： 0 实践： 0 实践（周）：授课学院：精密仪器与光电子工程学院 适用专业：电子科学与技术（光电子方向）、光电子技术科学、光学工程 先修课程：激光原理、物理光学 一、课程的性质与目的 本课程是一门专业选修课。通过本课程的学习，学生应能掌握光纤光学的基本理论和基本方法，分析和解决光纤光学中的实际问题，同时了解光纤光学的应用和发展动态。 二、教学基本要求 1.了解光纤的基本应用领域，系统掌握光纤的基本性质和光纤中的光传输的基本理论，并能运用这些基本理论解释、推导光纤光学中的有关问题。 2．掌握分析和衡量光纤无源、有源器件性能的基本方法，熟知各类器件的基本特性、使用方法和基本应用，了解当前国内外相关的前沿动态和研究热点趋势。3．熟知光纤领域研究中基本参数的测量方法、原理和使用的测量仪器。能运用仪器进行简单操作。 三、教学内容 第一章光纤概述 本章主要介绍光纤的基本应用领域、光纤的基本特性和分析方法。 1 绪论 2 光纤概述 3光波在光纤中的传播特性 4 光纤的色散特性

5 光纤的损耗 6单模光纤中的非线性效应 第二章光无源器件 本章主要介绍光纤光学中常用的光无源器件，分析各类器件的基本原理和特性、衡量指标以及典型应用。 1光纤连接器 2光纤耦合器 3 偏振控制器 4光隔离器） 5 光滤波器/复用器 第三章光有源器件 本章主要介绍光纤光学中基本的光有源器件及其典型应用，分析各类器件的原理、特性。 1 光调制器 2光放大器 3 光纤激光器 第四章故障诊断和测试设备简介 本章主要介绍光纤光学中常见参数的测量方法和常用的测量仪器。 1 光功率测量 2 波长和频率测量 3 时间测量 4 信号质量测量 5 光时域反射计 四、学时分配

大学物理实验讲义汇总

大学物理实验讲义 （）

目录 实验1 复摆 (4) 预习报告 (8) 实验2 弦振动的研究 (9) 预习报告 (13) 实验3 速度和加速度的测量 (14) 预习报告 (21) 实验4 动量守恒定律的验证 (22) 预习报告 (27) 实验5 空气中声速的测量 (28) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验6 RLC电路的稳态特性 (24) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验报告.. (34) 实验7 油滴法测定基元电荷 (46) 预习报告 (53) 实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验9 牛顿环. (60) 预习报告 (67) 实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68) 预习报告 (73) 实验11 单缝衍射 (60) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。

实验报告——速度和加速度的测量 (83) 实验报告——牛顿环 (88)

大学物理实验讲义

实验一用天平测量质量 本实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。 实验仪器 物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。 仪器介绍 物理天平的构造如实图2-2所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为10大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加20毫克的砝码，即这种天平的分度值为20毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁中部还装有竖直向下的指针(图中7) ，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用 来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调 节天平底板水平、支柱铅直，天平的底座上，在左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。 标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指，使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。 物理天平的操作步骤如下： 1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅直和刀垫水平 了。 2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中16)顺时针方向 旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。 3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，砝码应用镊子取放，不准用手拿取砝码！ 每次增加或减少砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！紧记！以保护好天平刀口不受磨损， 保证天平有足够的灵敏度。 4、完成全部称衡后，用止动旋钮放下横梁，并把称盘摘离刀口，游码复零，砝码归盒盖好。 实验原理 设物体的质量为m ，体积为V ，则其密度ρ为 1.横梁 2.刀口 3.支柱 4.刀垫 5.游码 6.游码标尺 7.指针 8.指针标尺 9.平衡螺丝 10.水平仪 11.底盘 12.调节螺丝 13.秤盘 14.挂钩 15托架 16.重心螺丝 17.止动旋钮 实图2-2

大学物理实验讲义实验波尔共振实验54

实验02 波尔共振实验 因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中，都会遇到各种各样的共振现象。共振现象既有破坏作用，也有许多实用价值。许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象，如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段，例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。 表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性（简称幅频和相频特性）。本实验中，用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性，并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。 【实验目的】 1．研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。 2．研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。 3．学习用频闪法测定运动物体的某些量，例相位差。 【仪器用具】 ZKY-BG波尔共振实验仪 【实验原理】 物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动，这种周期性的外力称为强迫

力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强迫力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时速度振幅最大，相位差为90°。 实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动，在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性，可直观地显示机械振动中的一些物理现象。 当摆轮受到周期性强迫外力矩t cos M M 0ω=的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为dt d b θ-）其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θ （1） 式中，J 为摆轮的转动惯量，θ-k 为弹性力矩，0M 为强迫力矩的幅值，ω为强迫力的圆频率。 令 J k 20=ω，J b 2=β，J m m 0= 则式（1）变为 t cos m dt d 2dt d 2022ω=θω+θβ+θ （2） 当0t cos m =ω时，式（2）即为阻尼振动方程。