Описание лабораторной установки
В данной работе для моделирования процессов в волоконном световоде используется диэлектрический волновод, состоящий из кварцевого сердечника диаметром 5 мм (относительная проницаемость 1 = 3,8), окруженного оболочкой из фторопласта диаметром 30 мм (относительная проницаемость 2 = 2,1). Таким образом, распределение показателей преломления соответствует структуре, изображенной на рис. 3.
Рис.5. Блок-схема измерительной установки
Блок-схема измерительной установки показана на рис. 5. Она состоит из генератора 1 сверхвысокочастотных колебаний в диапазоне 3 см, на выходе которого включен волноводный рупорный излучатель 2. С рупором непосредственно соединен диэлектрический волновод 3, в котором возбуждается основная волна типа НЕ11. На противоположном от рупора конце диэлектрического волновода установлен металлический отражатель 4 (плоский экран), от которого волна отражается. Взаимодействие падающей и отраженной волн приводит к образованию вдоль диэлектрического волновода стоячих волн за счет явления интерференции. Для экспериментального наблюдения «узлов» и «пучностей» стоячей волны служит зонд 5, соединенный с индикаторным прибором 6, через кристаллический детектор 7, выделяющий низкочастотную составляющую сигнала. Зонд установлен на специальной платформе, которая может перемещаться в продольном и поперечном направлениях. В результате, можно исследовать структуру электрического поля вдоль диэлектрического волновода и в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Задание к лабораторной работе
а) Теоретический расчет. У волны ЕН11 продольная составляющая электрического поля Еr = 10 В/м на расстоянии r1 = 10 мм от оси диэлектрического волновода (коэффициент замедления равен m = 1.1). Определить напряженность электрического поля на расстоянии r2 (см. таблицу вариантов) при частоте генератора f (см. таблицу вариантов). Приближенное значение функции Макдональда порядка n = 1 можно рассчитать по формуле:
(5)
Сравнить расчетное значение изменения напряженности электрического поля с экспериментальным на указанном расстоянии.
Примечание: Характеристика детектора является квадратичной.
Таблица вариантов
-
№ варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
частота
ГГц
8
8,5
9
9,5
10
9,5
9
8,5
8
8,5
9
9,5
10
9,5
9
r2, (мм)
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
№ варианта
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
частота
ГГц
8,5
8
8,5
9
9,5
10
9,5
9
8,5
8
r2, (мм)
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
б) Экспериментальная часть
а) ознакомиться с работой установки для моделирования волноводов оптического диапазона;
б) измерить распределение электрического поля диэлектрического волновода в продольном направлении на различных частотах, заданных преподавателем. Методом «вилки» определить длину волны в диэлектрическом волноводе.
в) измерить распределение электрического поля диэлектрического волновода в поперечном направлении на тех же частотах. При измерениях в поперечном направлении всегда устанавливать зонд в максимуме электрического поля;
г) обработать результаты измерений в форме таблиц и графиков, построить дисперсионную характеристику модели оптического волновода – зависимость коэффициента зануления от частоты.