3. 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 рис.5. 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 волн.

3. Задание к лабораторной работе

а) Теоретический расчет. Если сердечник тонок относительно длины волны, то большая часть мощности переносится волной в оболочке, и фазовая скорость определяется материалом оболочки:

.

. Если же стержень толст относительно длины волны, то большая часть мощности переносится внутри сердечника и фазовая скорость будет определяться материалом сердечника: . Коэффициент за медления волны в диэлектрическом волноводе, в зависимости от отношения (d/λ) диаметра сердечника к длине волны показан на рис.6.

Используя эти графики можно для заданной частоты и диаметра стержня определить коэффициент замедления и построить дисперсионную характеристику m(f).

Таблица вариантов

№ варианта	диапазон частот, Ггц	проницаемость и диаметр сердечника, мм	проницаемость оболочки
1	8 ÷ 12	ε1=3.8, d=10	ε2=2.0
2	7 ÷ 12	ε1=3.8, d=14	ε2=2.1
3	6 ÷ 11	ε1=7, d=12	ε2=3.8
4	9 ÷ 11	ε1=4, d=10	ε2=2.0
5	9 ÷ 12	ε1=5, d=10	ε2=3.0
6	7 ÷ 12	ε1=3, d=12	ε2=2.0
7	6 ÷ 11	ε1=5, d=13	ε2=2.1
8	8 ÷ 12	ε1=2.5, d=16	ε2=1.2
9	7 ÷ 11	ε1=3.8, d=18	ε2=2.0
10	6 ÷ 12	ε1=7, d=12	ε2=3.0
11	8 ÷ 11	ε1=4, d=10	ε2=2.1
12	7 ÷ 12	ε1=3, d=12	ε2=1.5
13	6 ÷ 12	ε1=3.8, d=16	ε2=2.1
14	6 ÷ 11	ε1=7, d=14	ε2=3.8
15	7 ÷ 12	ε1=3, d=10	ε2=1.2
16	9 ÷ 12	ε1=4, d=14	ε2=2.1
17	6 ÷ 11	ε1=7, d=10	ε2=3.0
18	6 ÷ 11	ε1=5, d=12	ε2=2.1
19	8 ÷ 12	ε1=2.5, d=16	ε2=1.5
20	6 ÷ 12	ε1=3, d=14	ε2=2.0

б) Экспериментальная часть

а) ознакомиться с работой установки для моделирования волноводов оптического диапазона;

б) измерить распределение электрического поля поверхностной волны в продольном направлении на различных частотах, заданных преподавателем. Методом «вилки» определить длину волны в диэлектрическом волноводе.

в) измерить распределение электрического поля поверхностной волны в поперечном направлении на тех же частотах. При измерениях в поперечном направлении всегда устанавливать первоначально зонд в максимуме электрического поля;

г) обработать результаты измерений в форме таблиц и графиков, построить дисперсионную характеристику модели оптического волновода.