實(shí)驗(yàn)一 光纖傳像束

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1、實(shí)驗(yàn)一光纖傳像束光纖一般是指由透明介質(zhì)構(gòu)成，直徑與長(zhǎng)度之比小于1：1000的細(xì)絲。光線從光纖的一端入射，沿著光纖傳播，最后從另一端出射。單條光纖只能傳光，不能成像(如圖1所示)。如果將許多光纖固定在一起，構(gòu)成光纖束，就可以將具有一定面積的像面通過每根光纖，逐點(diǎn)地將像由光纖束的一端傳至另一端。根據(jù)光纖傳輸光線方式的不同，可以將其分成兩大類，一類是由均勻透明介質(zhì)構(gòu)成，光線在光纖內(nèi)部通過表面的全反射和直線傳播進(jìn)行傳輸．稱為全反射光纖或階梯型光纖：另一類光纖由非均勻介質(zhì)構(gòu)成，中心折射率高，邊緣折射率低，光線在光纖內(nèi)部沿著曲線傳播，稱為梯度折射率光纖。這兩類光纖傳播光線的方式不同，應(yīng)用

2、的范圍也不同。傳像光纖主要由全反射光纖構(gòu)成。全反射光纖的性質(zhì)最簡(jiǎn)單的全反射光纖是由均勻透明介質(zhì)構(gòu)成的圓柱形細(xì)絲，稱為單質(zhì)光纖，如圖2所示。光纖傳像束的原理用于傳像束的光纖必須有很好的外包層。用傳像束傳像有許多特殊的優(yōu)點(diǎn)，如長(zhǎng)度和空間無嚴(yán)格限制，具有很大的數(shù)值孔徑，沒有像差。它的缺點(diǎn)是：光纖束中的少數(shù)光纖可能被折斷，使輸出像面上出現(xiàn)盲點(diǎn)：輸入輸出端的排列形狀可能有變形，引起像的變形；只存在一對(duì)共軛面，而且景深很小；分辨率受光纖直徑的限制。如果要使圖像傳送得更清晰，就要盡可能選用直徑較小的光纖，因?yàn)楣饫w越細(xì)，在一定的傳像束上就能容納進(jìn)更多的光束，這樣就能傳送更多的像元。顯然，像元

3、越多，圖像就越清晰。實(shí)驗(yàn)二昆特管現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中課觀察到在昆特管中液體出現(xiàn)“噴泉”現(xiàn)象，即駐波的波腹處，空氣振動(dòng)劇烈，形成環(huán)形飛濺的煤油浪花，波節(jié)處液體靜止不動(dòng)。實(shí)驗(yàn)原理　　駐波是由振幅、頻率、振動(dòng)方向均相同而傳播方向相反的兩列波迭加而成的；由揚(yáng)聲器發(fā)出的入射聲波在管內(nèi)的另一端發(fā)生反射，波長(zhǎng)與管長(zhǎng)滿足一定的條件，反射波與入射聲波疊加就形成駐波。在昆特管中駐波的波腹處，空氣振動(dòng)劇烈，氣壓小，從而吸起該處的煤油，使得波腹處的煤油飛濺，環(huán)液體振動(dòng)最激烈；而在駐波的波節(jié)處，駐波能量極小，且兩側(cè)波腹處的空氣向此聚集，氣壓大，將此處煤油下壓，使得煤油只能向兩側(cè)（波腹位置）流動(dòng)，液體基本靜止不動(dòng)

4、。最終兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成了在實(shí)驗(yàn)中看到的“噴泉”現(xiàn)象。相鄰兩波腹（或兩波節(jié)）間距離為半個(gè)波長(zhǎng)，反射端由于半波損失，波腹與波節(jié)間的距離為1/4波長(zhǎng)。演示實(shí)驗(yàn)三輝光球現(xiàn)象輝光球又稱為電離子魔幻球。它的外觀為直徑約15cm的高強(qiáng)度玻璃球殼，球內(nèi)充有稀薄的惰性氣體（如氬氣等），玻璃球中央有一個(gè)黑色球狀電極。球的底部有一塊震蕩電路板，通過電源變換器，將12V低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏焊哳l電壓加在電極上。通電后，震蕩電路產(chǎn)生高頻電壓電場(chǎng)，由于球內(nèi)稀薄氣體受到高頻電場(chǎng)的電離作用而光芒四射，產(chǎn)生神秘色彩。由于電極上電壓很高，故所發(fā)生的光是一些輻射狀的輝光，絢麗多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

5、用手指輕觸玻璃球的表面時(shí)，球內(nèi)產(chǎn)生彩色的輝光。輝光在手指的周圍處變得更為明亮，產(chǎn)生的弧線順著手的觸摸移動(dòng)而游動(dòng)扭曲，隨手指移動(dòng)起舞。原理玻璃球內(nèi)充有某種氣體，通常情況下由于各種因素影響，氣體中總會(huì)存在一些離子和電子，球內(nèi)點(diǎn)擊接高頻高壓電源時(shí)，在電場(chǎng)作用下，離子運(yùn)動(dòng)加速，碰撞空氣分子產(chǎn)生新電離，同時(shí)出現(xiàn)正負(fù)離子復(fù)合，而產(chǎn)生輝光。玻璃球內(nèi)所充的氣體不同，球內(nèi)壓強(qiáng)不同（即不同的真空度），所產(chǎn)生的輝光顏色不同。這其實(shí)是氣體分子的激發(fā)、碰撞、電離、復(fù)合的物理過程，當(dāng)用手（人與大地相連）觸及球時(shí)，人體即為另一電極，氣體在極間電場(chǎng)中電離、復(fù)合，球周圍的電場(chǎng)、電勢(shì)分布不再均勻?qū)ΨQ，故輝光在手

6、指的周圍處變得更為明亮。，所以輝光球發(fā)光是低壓氣體（或叫稀疏氣體）在高頻強(qiáng)電場(chǎng)中的放電現(xiàn)象。在自然界中這種現(xiàn)象也是存在的，北極光就是一種輝光，它是位于海平面以上800-1000公里的高空的氣體，由于受到外界空間高速粒子的轟擊，而發(fā)出的冷輝光所形成的極光束。