[實用新型]一種光導纖維中光速測定實驗教學裝置

有效

• 申請號: 201920628255.0
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN210466951U
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 朱世國
• 申請（專利權）人: 朱世國
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22;G01J7/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本實用新型屬于實驗教學設備技術領域，公開了一種光導纖維中光速測定實驗教學裝置。包括：調制信號源、調制信號電光轉換與光信號發送模塊、光纖信道、調制信號光電轉換及脈寬再生調節電路、異或邏輯數字式光纖長度測量模塊和光功率計。在電路延時不變狀態下，采用長度分別為L1和L2的光纖信道用示波器對接收端再生信號相對于發送端參考信號的延時進行兩次測量，獲得調制信號在L1?L2光纖長度中的傳輸時間。用異或邏輯數字式光纖長度測量儀測量光纖長度。根據光信號在光纖中傳輸時間和光纖長度，便可算出光纖中光速。本實用新型物理概念清晰、物理現象直觀、測量技術新穎、數據穩定、結果準確，是培養學生創新意識和創新能力的有效教學平臺。

技術領域

本實用新型屬于實驗教學設備技術領域，尤其涉及一種光纖中光速測定實驗教學裝置。

背景技術

光速測定實驗是一個經典的物理實驗，但此前只有針對光在空氣中傳播速度測量的教學儀器，測量結果的公認值是c(30萬公里/每秒)。光在透明介質的傳播速度不是c，而是c/n，n是透明介質的折射率。在教學儀器行業內至今尚無物理概念清晰、測量方法可行、測量技術可靠、測量數據穩定和測量結果準確的測量光在透明介質中傳播速度的儀器。光纖是一種透明介質，光纖中光速測定實驗儀的研制成功就填補了這一空白。四川大學物理學院朱世國教授(現任成都篤創科教儀器有限公司法人)在《物理實驗》2001年02期上發表了《光導纖維中光速測定實驗》一文，開創了光纖中光速測量實驗技術的新篇章。但由這篇論文提供的光纖中光速測量方法和有關技術制作的儀器設備存在以下不足：由于再生電路中晶體三極管的飽和深度不夠深，使得再生信號的波形不穩定，導致測量數據不穩定、測量結果誤差大；沒有光纖長度測量的教學內容，光纖長度是已知的給定值。有關物理量傳播速度測量的實驗中，時間和距離是兩個要測的基本物理量，在光纖中光速測量實驗中沒有光纖長度測量的實驗，不能不說是個很大的缺陷；原來的測試系統中，參考信號取自調制信號本身。調制信號接反相器輸入端、反相器輸出端經過光信號幅度調節電位器后接至晶體三極管的基極。由于晶體三極管的極間電容和電路雜散電容的存在，調節光信號幅度時就改變了晶體三極管基極回路的時間常數，也就改變了調制信號電光轉換電路的電路延時，使得在用雙光纖法進行兩次測量時，兩次測量的電路延時不一致，影響到光信號在光纖中傳輸時間測量結果的準確性。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)再生電路中晶體三極管的飽和深度不夠深，使得再生信號的波形不穩定，導致測量數據不穩定、測量結果誤差大。

(2)在光纖中光速測量實驗中缺少對光纖的長度進行測量的裝置。

(3)在用雙光纖進行兩次延時測量時，兩次測量的電路延時不一致，影響光信號在光纖中傳輸時間的測量結果。

實用新型內容

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供了一種光纖中光速測定實驗教學裝置。

本實用新型是這樣實現的，一種光纖中光速測定教學實驗裝置，所述光纖中光速測定教學實驗裝置的結構包括：

調制信號源——占空比為50％的方波信號，周期16μS/32μS切換選擇；

調制信號源與調制信號電光轉換及光信號發送電路的連接——調制信號源輸出接至晶體管BG1的基極；晶體三極管BG1發射極與反相器IC1的輸入腳連接，從反相器IC1輸出腳引出的信號，作為參考信號；光源器件LD接在晶體管BG1集電極電路中；LD出光功率調節裝置是晶體三極管BG1發射極電路中電位器W1；

光纖信道與光源器件LD和光電檢測器件PIN的連接——通過光纖活動連接器和光纖連接跳線與光源器件LD和光電檢測器件PIN連接；

調制信號光電轉換和再生調節電路——采用響應波長范圍為900—1700nm的PIN光電二極管作光電檢測器件，接至再生調節電路中三極管BG2的基極與地之間；電位器W2與電阻Rb1串聯后，作為晶體三極管BG2的下偏置電阻；調節電位器W2可改變BG2的飽和深度；