[实用新型]一种光导纤维中光速测定实验教学装置

说明书

本实用新型属于实验教学设备技术领域，公开了一种光导纤维中光速测定实验教学装置。包括：调制信号源、调制信号电光转换与光信号发送模块、光纤信道、调制信号光电转换及脉宽再生调节电路、异或逻辑数字式光纤长度测量模块和光功率计。在电路延时不变状态下，采用长度分别为L1和L2的光纤信道用示波器对接收端再生信号相对于发送端参考信号的延时进行两次测量，获得调制信号在L1‑L2光纤长度中的传输时间。用异或逻辑数字式光纤长度测量仪测量光纤长度。根据光信号在光纤中传输时间和光纤长度，便可算出光纤中光速。本实用新型物理概念清晰、物理现象直观、测量技术新颖、数据稳定、结果准确，是培养学生创新意识和创新能力的有效教学平台。

技术领域

本实用新型属于实验教学设备技术领域，尤其涉及一种光纤中光速测定实验教学装置。

背景技术

光速测定实验是一个经典的物理实验，但此前只有针对光在空气中传播速度测量的教学仪器，测量结果的公认值是c(30万公里/每秒)。光在透明介质的传播速度不是c，而是c/n，n是透明介质的折射率。在教学仪器行业内至今尚无物理概念清晰、测量方法可行、测量技术可靠、测量数据稳定和测量结果准确的测量光在透明介质中传播速度的仪器。光纤是一种透明介质，光纤中光速测定实验仪的研制成功就填补了这一空白。四川大学物理学院朱世国教授(现任成都笃创科教仪器有限公司法人)在《物理实验》2001年02期上发表了《光导纤维中光速测定实验》一文，开创了光纤中光速测量实验技术的新篇章。但由这篇论文提供的光纤中光速测量方法和有关技术制作的仪器设备存在以下不足：由于再生电路中晶体三极管的饱和深度不够深，使得再生信号的波形不稳定，导致测量数据不稳定、测量结果误差大；没有光纤长度测量的教学内容，光纤长度是已知的给定值。有关物理量传播速度测量的实验中，时间和距离是两个要测的基本物理量，在光纤中光速测量实验中没有光纤长度测量的实验，不能不说是个很大的缺陷；原来的测试系统中，参考信号取自调制信号本身。调制信号接反相器输入端、反相器输出端经过光信号幅度调节电位器后接至晶体三极管的基极。由于晶体三极管的极间电容和电路杂散电容的存在，调节光信号幅度时就改变了晶体三极管基极回路的时间常数，也就改变了调制信号电光转换电路的电路延时，使得在用双光纤法进行两次测量时，两次测量的电路延时不一致，影响到光信号在光纤中传输时间测量结果的准确性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)再生电路中晶体三极管的饱和深度不够深，使得再生信号的波形不稳定，导致测量数据不稳定、测量结果误差大。

(2)在光纤中光速测量实验中缺少对光纤的长度进行测量的装置。

(3)在用双光纤进行两次延时测量时，两次测量的电路延时不一致，影响光信号在光纤中传输时间的测量结果。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种光纤中光速测定实验教学装置。

本实用新型是这样实现的，一种光纤中光速测定教学实验装置，所述光纤中光速测定教学实验装置的结构包括：

调制信号源——占空比为50％的方波信号，周期16μS/32μS切换选择；

调制信号源与调制信号电光转换及光信号发送电路的连接——调制信号源输出接至晶体管BG1的基极；晶体三极管BG1发射极与反相器IC1的输入脚连接，从反相器IC1输出脚引出的信号，作为参考信号；光源器件LD接在晶体管BG1集电极电路中；LD出光功率调节装置是晶体三极管BG1发射极电路中电位器W1；

光纤信道与光源器件LD和光电检测器件PIN的连接——通过光纤活动连接器和光纤连接跳线与光源器件LD和光电检测器件PIN连接；

调制信号光电转换和再生调节电路——采用响应波长范围为900—1700nm的PIN光电二极管作光电检测器件，接至再生调节电路中三极管BG2的基极与地之间；电位器W2与电阻Rb1串联后，作为晶体三极管BG2的下偏置电阻；调节电位器W2可改变BG2的饱和深度；