实验一 光纤传像束

实验一光纤传像束
光纤一般是指由透明介质构成，直径与长度之
比小于1：1 000的细丝。

光线从光纤的一端入射，沿着光纤传播，最后从另一端出射。

单条光纤只能传光，不能成像(如图1所示)。

如果将许多光纤固定在一起，构成光纤束，就可以将具有一定面积的像面通过每根光纤，逐点地将像由光纤束的一端传至另一端。

根据光纤传输光线方式的不同，可以将其分成两大类，一类是由均匀透明介质构成，光线在光纤内部通过表面的全反射和直线传播进行传输．称为全反射光纤或阶梯型光纤：另一类光纤由非均匀介质构成，中心折射率高，边缘折射率低，光线在光纤内部沿着曲线传播，称为梯度折射率光纤。

这两类光纤传播光线的方式不同，应用的范围也不同。

传像光纤主要由全反射光纤构成。

全反射光纤的性质最简单的全反射光纤是由均匀透明介质构成的圆柱形细丝，称为单质光纤，如图2所示。

光纤传像束的原理用于传像束的光纤必须有很好的外包层。

用传像束传像有许多特殊的优点，如长度和空间无严格限制，具有很大的数值孔径，没有像差。

它的缺点是：光纤束中的少数光纤可能被折断，使输出像面上出现盲点：输入输出端的排列形状可能有变形，引起像的变形；只存在一对共轭面，而且景深很小；分辨率受光纤直径的限制。

如果要使图像传送得更清晰，就要尽可能选用直径较小的光纤，因为光纤越细，在一定的传像束上就能容纳进更多的光束，这样就能传送更多的像元。

显然，像元越多，图像就越清晰。

实验二昆特管
现象
实验中课观察到在昆特管中液体出现“喷泉”现象，即驻波的波腹处，空气振动剧烈，形成环形飞溅的煤油浪花，波节处液体静止不动。

实验原理
驻波是由振幅、频率、振动方向均相同而传播方向相反的两列波迭加而成的；由扬声器发出的入射声波在管内的另一端发生反射，波长与管长满足一定的条件，反射波与入射声波叠加就形成驻波。

在昆特管中驻波的波腹处，空气振动剧烈，气压小，从而吸起该处的煤油，使得波腹处的煤油飞溅，环液体振动最激烈；而在驻波的波节处，驻波能量极小，且两侧波腹处的空气向此聚集，气压大，将此处煤油下压，使得煤油只能向两侧（波腹位置）流动，液体基本静止不动。

最终两者达到动态平衡，形成了在实验中看到的“喷泉”现象。

相邻两波腹（或两波节）间距离为半个波长，反射端由于半波损失，波腹与波节间的距离为1/4波长。

演示实验三辉光球
现象
辉光球又称为电离子魔幻球。

它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。

球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。

由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

用手指轻触玻璃球的表面时，球内产生彩色的辉光。

辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

原理
玻璃球内充有某种气体，通常情况下由于各种因素影响，气体中总会存在一些离子和电子，球内点击接高频高压电源时，在电场作用下，离子运动加速，碰撞空气分子产生新电离，同时出现正负离子复合，而产生辉光。

玻璃球内所充的气体不同，球内压强不同（即不同的真空度），所产生的辉光颜色不同。

这其实是气体分子的激发、碰撞、电离、复合的物理过程，当用手（人与大地相连）触及球时，人体即为另一电极，气体在极间电场中电离、复合，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮。

，所以辉光球发光是低压气体（或叫稀疏气体）在高频强电场中的放电现象。

在自然界中这种现象也是存在的，北极光就是一种辉光，它是位于海平面以上800-1000公里的高空的气体，由于受到外界空间高速粒子的轰击，而发出的冷辉光所形成的极光束。