PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne 23.4.2009.



Podobné dokumenty
PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.XI. Název: Měření stočení polarizační roviny

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

Praktikum III - Optika

Fyzikální praktikum II

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Posuzoval:... dne:...

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Praktikum III - Optika

Fyzikální praktikum III

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Měření indexu lomu Jaminovým interferometrem

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

Praktikum III - Optika

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecně fyziky MFF UK. úlohač.11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

Optické komunikace II Měření numerické apertury NA optických vláken

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

2. Pomocí Hg výbojky okalibrujte stupnici monochromátoru SPM 2.

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne. Marek Teuchner Příprava Opravy Učitel Hodnocení. 1 c p. = (ε r

PRAKTIKUM I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum II Elektřina a magnetismus

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Měření indexu lomu kapalin a skel. obor (kruh) FMUZV (73)

Geometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz

2 (3) kde S je plocha zdroje. Protože jas zdroje není závislý na směru, lze vztah (5) přepsat do tvaru:

2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

I Mechanika a molekulová fyzika

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Základním praktikum z laserové techniky

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium ohybových jevů v laserovém svazku

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Praktikum II Elektřina a magnetismus

I Mechanika a molekulová fyzika

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

1. Změřte průběh intenzity magnetického pole na ose souosých kruhových magnetizačních cívek

Studium ultrazvukových vln

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

Fyzikální praktikum...

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Laboratorní práce č.9 Úloha č. 8. Závislost indexu lomu skla na vlnové délce světla Měření indexu lomu refraktometrem:

Fyzikální praktikum...

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název DUM: Lom světla II.část Číslo DUM: III/2/FY/2/3/18 Vzdělávací předmět: Fyzika Tematická oblast: Optika

Odraz světla na rozhraní dvou optických prostředí

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.10 Název: Hallův jev. Pracoval: Lukáš Ledvina

3.2.5 Odraz, lom a ohyb vlnění

Lasery základy optiky

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Název: Odraz a lom světla

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Základním praktikum z optiky

Software Dynamická geometrie v optice. Andreas Ulovec Andreas.Ulovec@univie.ac.at

1. Stanovte velikost rychlosti světla ve vzduchu. 2. Stanovte velikosti rychlostí světla v kapalinách a zjistěte odpovídající indexy lomu.

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Optika pro mikroskopii materiálů I

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Měření příčného profilu gaussovského svazku metodou ostré hrany

Tabulka I Měření tloušťky tenké vrstvy

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

3. Vypočítejte chybu, které se dopouštíte idealizací reálného kyvadla v rámci modelu kyvadla matematického.

Transkript:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK PRAKTIKUM III Úloha č. XXVI Název: Vláknová optika Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne 23.4.2009 Odevzdal dne: Možný počet bodů Udělený počet bodů Práce při měření 0 5 Teoretická část 0 1 Výsledky měření 0 8 Diskuse výsledků 0 4 Závěr 0 1 Seznam použité literatury 0 1 Celkem max. 20 Posuzoval: dne

1 Pracovní úkol 1. Navažte laserový svazek do vlákna a seřiďte jednotlivé moduly tak, abyste dosáhli maximálního výkonu na výstupu z vlákna. 2. Změřte numerickou aperturu vlákna, zpracujte graficky. 3. Změřte dobu průchodu světla vláknem, určete rychlost světla ve vlákně. 4. Určete relativní výstupní výkon laserové diody v závislosti na napájecím proudu, zpracujte graficky. 2 Teoretická část Optickým vláknem rozumíme skleněné vlákno kruhového průřezu, jež je tvořeno jádrem o indexu lomu n c a skleněným pláštěm, jehož index lomu n m je nepatrně menší než n c, mezi kterými je optické rozhraní. Předpokládáme, že oba indexy jsou rozloženy homogenně. Pro paprsek procházející optickým rozhraním z prostředí o indexu lomu n 0 do prostředí s indexem lomu n platí zákon lomu sin θ 0 sin θ = n n 0 (1) kde θ 0, resp. θ jsou úhly dopadajícího, resp. prošlého paprsku brané vzhledem ke kolmici k tečně k rozhraní v místě dopadu. Odtud je vidět, že pokud je n 0 > n, pak existuje jistý kritický úhel α c, pro který platí, že pokud je úhel dopadu θ 0 θ c, pak je intenzita prošlého paprsku nulová a dochází k totálnímu odrazu, který je v optickém vlákně žádoucí. Kritický úhel θ c, prošlého do vlákna se dá stanovit jako cos θ c = n m n c (2) Pokud tedy paprsek přichází do vlákna z prostředí o indexu lomu n 0, můžeme při užití 1 stanovit úhel dopadu do vlákna jako ( ) nc θ ec = arcsin sin θ c (3) n 0 Pokud je vlákno umístěno ve vzduchu, pak n 0 = 1 a předchozí rovnici lze upravit θ ec = arcsin n 2 c n 2 m (4) Úhel θ ec představuje polovinu vrcholového úhlu vstupního kužele. Paprsky obsažené v tomto kuželu se ve vlákně šíří totálním odrazem. Numerickou aperturu A definujeme jako 3 Výsledky měření A = sin θ ec = n 2 c n 2 m (5) Měření probíhalo na aparatuře, jejíž schéma a stručný popis je k nalezení v [1]. Intenzita laserového svazku byla modulována se stavitelnou frekvencí. Jádro použitého vlákna mělo index lomu n c = 1, 462, plášť pak n m = 1, 465. Pro změření úkolů 2 a 3 bylo nejdříve potřeba navázat laserový svazek do vlákna, což bylo provedeno podle pokynů v [1]. Pro určení numerické apertury byla naměřena závislost výstupního napětí U, které je přímo úměrné intenzitě světla dopadajícího na detekční fotodiodu, na úhlu natočení detektoru φ. Chybu určení úhlu φ odhaduji na ±1, chybu výstupního napětí pak na ±0, 2 mv. Výsledky tohoto měření jsou zaneseny v tabulce 1 a graficky znázorněny v grafu 1. Naměřené body byly Gaussovsky proloženy a osa y byla nanormována tak, aby v maximu byla hodnota y = 1. Vyznačená linka je pak v hladině y = 1 e 2. Odtud byla určena naměřená numerická apertura A = 0, 10 ± 0, 01 Teoretickou numerickou aperturu můžeme určit podle (5) A t = 0, 094 Pro změření rychlosti signálu ve vlákně byl na jeden z kanálů osciloskopu přiveden signál modulace záření z přístroje ovládajícího laserovou diodu a na druhý kanál signál z detektoru, ke kterému byl pro snížení 2

náběhové doby signálu připojen 100Ω bočník. Nejdříve jsme určili časovou vzdálenost T 2 obou vzniklých křivek při světlu procházejícím vláknem, poté jsme vlákno vyjmuli a určili časovou vzdálenost T 1 pro průchod světla soustavou bez optického vlákna. Odtud bylo možné určit čas, který světlo potřebovalo k průchodu vláknem jako τ m = T 2 T 1 T 2 = (1000 ± 50) ns T 2 = (550 ± 50) ns τ m = (450 ± 70) ns Změřenou rychlost světla ve vlákně pak můžeme určit jako v = 100 τ m v = (2, 2 ± 0, 3) 10 8 ms 1 Teoretická doba průchodu světla vláknem se dá určit řádově jako τ t = L c n k 0, 5 µs Odtud se dá analogicky s předchozím určit teoretická rychlost světla ve vlákně v t = 2 10 8 ms 1 Nakonec byl snímač umístěn přibližně 2 cm od laserové diody a naměřili jsme závislost výstupního napětí U na vstupním proudu I. Chybu vstupního proudu odhaduji na ±0, 2 mv. Výsledky jsou zaneseny to tabulky 2 a graficky znázorněny v grafu 2. 4 Diskuse Při přípravě aparatury pro měření úloh 2 a 3 jsme se přesvědčili, že správné navázání svazku není vůbec jednoduché. Do měření numerické apertury vnášelo poměrně velkou chybu nepřesné určení úhlu otočení snímače. Konec vlákna, ze kterého vystupovalo světlo, také nebyl umístěn přímo v ose otáčení, ale přibližně 2 cm za ní, takže úhel natočení snímače byl ve skutečnosti větší. Jak je vidět z grafu 1, maximum nenastalo v úhlu 0, což mohlo být způsobeno nepřesností v aparatuře, nepřesným vložením vlákna nebo jinak než kolmo zalomeným koncem vlákna. Naměřená numerická apertura se v rámci chyby shoduje s teoretickou. Relativní chyba naměřené apertury je 10%. Na měření rychlosti signálu ve vlákně se nejvíce podepsala chyba určení časového rozdílu mezi signály na osciloskopu. Naměřená rychlost signálu se v rámci chyby shoduje s rychlostí určenou teoreticky. Na křivce signálu ze snímače se v jejím vrcholu projevovalo mírné vlnění které nejsem schopen vysvětlit. Relativní chyba naměřené rychlosti je 14%. Z grafu 2 je vidět, že se hodnota prahového proudu bude přibližně 60 ma. Vstupní proud byl zobrazen na přístroji ovládajícím laser jehož chybu neznám. 5 Závěr ˆ Podařilo se navázat laserový svazek do optického vlákna ˆ Byla naměřena závislost výstupního proudu na úhlu natočení detektoru. Výsledky tohoto měření jsou zaneseny v tabulce 1 a graficky znázorněny v grafu 1. Z grafu 1 byla určena numerická apertura A = 0, 10 ± 0, 01 ˆ Byla určena rychlost signálu procházejícího vláknem v = (2, 2 ± 0, 3) 10 8 ms 1 ˆ Byl naměřen relativní výstupní výkon laserové diody. Výsledky tohoto měření jsou zaneseny v tabulce 2 a graficky znázorněny v grafu 2. 3

6 Literatura [1] http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/, pokyny k měření k úloze 26 [2] J. Englich, Zpracování výsledků fyzikálních měření, web, Praha, 2000 Tabulka 1: Numerická apertura φ [ ] U [mv] 10 0,0 8 0,0 6 0,0 4 0,8 2 2,2 0 2,0-2 1,2-4 0,6-6 0,0-8 0,0-10 0,0 Tabulka 2: Relativní výstupní výkon I [ma] U [mv] 10 0,0 20 0,0 30 0,0 40 0,0 50 0,1 60 0,2 70 0,4 80 1,0 90 1,6 100 2,0 4

Graf 1: Numerická apertura 1,0 Namerene hodnoty Gaussovské prolozeni 0,8 Relativni intenzita 0,6 0,4 0,2 Numericka apertura 0,0-10 -5 0 5 10 [ ] Graf 2: Relativní výstupní výkon 2 U [mv] 1 0 0 40 80 I [ma] 5