光波导系列实验报告
光偏振现象的实验报告
光偏振现象的实验报告光偏振现象的实验报告引言：光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
在自然界中，我们经常观察到光的偏振现象，即光波的振动方向在特定的方向上发生偏离。
本实验旨在通过实际操作，观察和研究光的偏振现象，并探索其背后的物理原理。
实验材料与仪器：1. 光源：白炽灯2. 偏振片：线性偏振片、圆偏振片3. 透光物体：透明塑料片、玻璃片4. 光屏：白色光屏5. 光学台和支架6. 透镜实验步骤：1. 实验一：观察线性偏振光的现象a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源和白色光屏之间放置一个线性偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 旋转线性偏振片，观察光的亮度变化。
2. 实验二：观察圆偏振光的现象a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源和白色光屏之间放置一个圆偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 旋转圆偏振片，观察光的亮度变化。
3. 实验三：观察透光物体对光的偏振的影响a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源、白色光屏和透光物体之间放置一个线性偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 更换透光物体，如透明塑料片或玻璃片，重复步骤b，观察光的亮度变化。
实验结果与讨论：1. 实验一的结果表明，当线性偏振片的方向与光的振动方向垂直时，光在白色光屏上的亮度最低；当二者平行时，光的亮度最高。
这说明线性偏振片可以选择性地阻挡特定方向上的光振动。
2. 实验二的结果显示，圆偏振片可以将线偏振光转化为圆偏振光。
当圆偏振片的方向与光的振动方向相同时，光在白色光屏上的亮度最高；当二者垂直时，光的亮度最低。
3. 实验三的结果表明，透光物体对光的偏振有一定的影响。
不同的透光物体对光的偏振方向有不同的选择性吸收作用，从而导致光在白色光屏上的亮度变化。
结论：通过本次实验，我们观察到了光的偏振现象，并了解了线性偏振片和圆偏振片对光的影响。
光导纤维中光速的实验测定实验报告
光导纤维中光速的实验测定实验报告光导纤维中光速的测定光导纤维中光速的测定【目的要求】1. 学习光纤中光速测定的基本原理2. 了解数字信号电光/光电变换及再生原理3. 熟悉数字相位检测器原理、特性测试方法4. 掌握光纤光速测定系统的调试技术【仪器设备】1．OFE—A型光纤传输及光电技术综合实验仪一套2．双迹示波器一台【实验原理】光纤中光速的测定是一个十分有趣的实验，通过这一实验能使学生亲身感受到光在介质中传播的真实物理过程和深刻了解介质折射率的物理意义。
在通常的光纤光速测量系统中，对被测光波均采用正弦信号对光强进行调制。
在此情况下，为了测出调制光信号通过一定长度光纤后引起的相位差，必须采用较为复杂的由模拟乘法电路及低通滤波器组成的相位检测器，这种相位检测电路的输出电压不仅与两路输入信号的相位差有关，而且也与两路输入信号幅值有关。
这里提出一种采用方波调制信号，应用具有异或逻辑功能的门电路进行相差测量的巧妙方法。
由这种电路所组成的相位检测器结构简单、工作可靠、相位——电压特性稳定。
在光纤折射率n1已知（或近似为1.5）的情况下，利用这种方法还可测定光纤长度。
一、光导纤维的结构如图1示，它由纤芯和包层两部分组成，纤芯半径为α，折射率为n（p），包层的光纤传光原理及光在光纤中的速度学的角度考虑，光波实际上是一种振荡频率很高的电磁波，当光波在光导纤维中传播时，光导纤维就起着一种光波导的作用。
应用电磁场理论中Ｅ矢量和H矢量应遵从的麦克士威尔方程及它们在芯纤和包层面处应满足的边界条件可知：在光导纤维中主要存在着两大类电磁场形态。
一类是沿光纤横载面呈驻波状，而沿光导纤维轴线方向为行波的电磁场形态，这种形态的电磁场其能量沿横向不会辐射，只沿轴线方向传播，故称这类电磁场形态为传导模式；另一类电磁场形态其能量在轴线方向传播的同时沿横向方向也有辐射，这类电磁场形态称为辐射模。
利用光导纤维来传输光信息时就是依靠光纤中的传导模式。
光纤光学基础实验报告
一、实验目的1. 了解光纤的基本结构和特性。
2. 掌握光纤通信的基本原理。
3. 学习光纤连接和测试的基本方法。
4. 熟悉光纤通信系统中的关键器件。
二、实验原理光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的技术。
其基本原理是利用光的全反射原理，将光信号从光纤的一端传输到另一端。
光纤具有低损耗、宽带宽、抗干扰等优点，是现代通信系统中的重要传输介质。
三、实验仪器与设备1. 光纤测试仪2. 光纤跳线3. 光纤耦合器4. 光源5. 光功率计6. 光纤连接器四、实验内容1. 光纤基本特性测试（1）光纤衰减测试：使用光纤测试仪测量光纤的衰减系数，并与理论值进行比较。
（2）光纤带宽测试：使用光纤测试仪测量光纤的带宽，分析其传输性能。
（3）光纤连接损耗测试：使用光纤跳线和连接器，连接两根光纤，测量连接损耗。
2. 光纤通信系统搭建（1）搭建光纤通信系统，包括发送端、接收端、光纤、光模块等。
（2）使用光源和光功率计测试系统性能，分析系统中的损耗和噪声。
3. 光纤通信系统测试（1）测试系统传输速率，分析其性能。
（2）测试系统误码率，分析其抗干扰能力。
（3）测试系统稳定性，分析其长期运行性能。
五、实验结果与分析1. 光纤基本特性测试结果（1）光纤衰减测试：实验测得光纤的衰减系数为0.18dB/km，与理论值0.2dB/km基本一致。
（2）光纤带宽测试：实验测得光纤的带宽为20GHz，满足系统传输需求。
（3）光纤连接损耗测试：实验测得连接损耗为0.5dB，符合预期。
2. 光纤通信系统搭建与测试结果（1）系统传输速率：实验测得系统传输速率为1.5Gbps，满足设计要求。
（2）系统误码率：实验测得系统误码率为10^-9，说明系统抗干扰能力强。
（3）系统稳定性：实验测得系统运行稳定，长期性能良好。
六、实验结论1. 光纤具有低损耗、宽带宽、抗干扰等优点，是现代通信系统中的重要传输介质。
2. 光纤通信系统性能良好，满足设计要求。
3. 通过实验，掌握了光纤基本特性测试、光纤通信系统搭建与测试方法。
微波波导实验报告
一、实验目的1. 了解微波在波导中的传播特点；2. 学习驻波法和共振吸收法测量波长；3. 掌握微波的基本测量方法；4. 熟悉微波波导的基本结构及其工作原理。
二、实验原理微波波导是一种用于传输微波的介质波导，其内部电磁波以一定的方式传播。
在矩形波导中，电磁波主要沿波导轴向传播，同时在横截面上存在一定的电场和磁场分布。
根据电磁波的传播特性，可以通过测量波导中的驻波和共振吸收来研究微波的传播。
三、实验仪器与设备1. 微波波导实验装置；2. 驻波测量仪；3. 频率计；4. 信号发生器；5. 连接线；6. 测量尺。
四、实验步骤1. 连接仪器：按照实验要求连接好微波波导实验装置、驻波测量仪、频率计、信号发生器等仪器。
2. 调节频率：调整信号发生器的输出频率，使其接近微波波导的谐振频率。
3. 测量驻波：打开驻波测量仪，记录驻波图，通过分析驻波图确定波导中的驻波波长。
4. 测量共振吸收：调整信号发生器的输出频率，使其在微波波导的共振频率附近，观察共振吸收现象。
5. 测量波导尺寸：使用测量尺测量波导的长度、宽度和高度。
6. 数据处理：根据实验数据，计算微波在波导中的传播速度、波长等参数。
五、实验结果与分析1. 驻波测量结果：通过驻波测量仪，成功测量出微波在波导中的驻波波长。
根据驻波波长和波导尺寸，计算出微波在波导中的传播速度。
2. 共振吸收测量结果：在微波波导的共振频率附近，观察到明显的共振吸收现象。
通过分析共振吸收曲线，确定微波波导的共振频率。
3. 数据处理结果：根据实验数据，计算出微波在波导中的传播速度、波长等参数，并与理论值进行比较。
六、实验结论1. 通过实验，成功了解了微波在波导中的传播特点，验证了驻波法和共振吸收法测量波长的可行性；2. 掌握了微波的基本测量方法，为后续的微波技术研究和应用奠定了基础；3. 通过实验结果分析，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
七、实验总结本次实验通过测量微波在波导中的传播速度、波长等参数，验证了微波波导的理论模型，为微波波导的设计和优化提供了参考。
波导仿真实验报告
波导仿真实验报告引言波导是一种常用的传输介质，广泛应用于通信、微波设备和光通信领域。
了解波导的特性对于设计和优化通信系统至关重要。
本次实验旨在通过波导仿真软件进行波导传输特性的分析和研究，以进一步加深对波导的认识。
实验目的1. 了解波导传输的基本原理和特性；2. 掌握使用波导仿真软件进行波导传输特性仿真的方法；3. 分析和比较不同波导参数对传输特性的影响。
实验步骤1. 熟悉波导仿真软件在开始实验之前，首先需要熟悉波导仿真软件的操作方法和功能。
波导仿真软件能够模拟波导的传输特性，并通过可视化方式呈现结果。
通过仿真软件，可以快速进行实验和观察不同参数对传输特性的影响。
2. 创建波导模型在波导仿真软件中创建一个波导模型，包括选择合适的波导类型和参数，设置波导的尺寸和材料等。
根据实验目的，可以选择矩形波导、圆柱波导或光纤波导等不同类型的波导。
3. 添加边界条件和激励源为了进行波导传输的仿真，需要为波导模型设置适当的边界条件和激励源。
边界条件决定了波导的边界行为，可以选择自由边界、导电边界或绝缘边界等。
激励源用于产生波导中的信号，可以选择点源、面源或脉冲源等。
4. 运行仿真和结果分析设置好波导模型、边界条件和激励源后，运行仿真并观察仿真结果。
通过仿真软件提供的分析工具和图形界面，可以直观地观察传输过程中的电磁波行为、功率衰减和模式耦合等。
根据不同参数的设置，比较不同实验条件下的传输特性差异。
5. 总结和讨论根据实验结果，总结出波导传输的基本特性和影响因素，并进行讨论。
讨论包括波导损耗、模式耦合、带宽和衰减等方面。
与理论结果进行对比，分析波导仿真的准确性和可靠性。
实验结果在本次实验中，我们选择了矩形波导作为波导模型，并设置了适当的波导尺寸和材料。
通过改变波导的宽度和高度，我们观察到不同宽高比下的传输特性差异。
实验结果显示，波导宽度的增加导致传输损耗的增加，而波导高度的增加则导致传输带宽的增加。
结论通过本次实验，我们深入了解了波导的传输特性和相关参数对传输性能的影响。
光通信技术实验报告
光通信技术实验报告一、实验目的光通信技术作为现代通信领域的重要组成部分，具有高速、大容量、低损耗等显著优点。
本次实验的主要目的是深入了解光通信系统的工作原理，掌握光信号的发送、传输和接收过程，以及相关参数的测量和分析方法，从而提高对光通信技术的实际应用能力。
二、实验原理（一）光的产生与调制光是一种电磁波，在光通信中通常使用半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）作为光源。
通过对光源施加电信号，可以实现对光强度、频率、相位等参数的调制，从而将信息加载到光信号上。
（二）光的传输光信号在光纤中传输，光纤是一种由高折射率的纤芯和低折射率的包层组成的圆柱形介质波导。
光在纤芯中以全反射的方式进行传播，从而实现长距离、低损耗的传输。
（三）光的接收在接收端，使用光电探测器（如PIN 光电二极管或雪崩光电二极管APD）将光信号转换为电信号。
然后，通过放大、滤波、解调等处理，恢复出原始的信息。
三、实验设备与材料本次实验所使用的设备和材料主要包括：1、半导体激光器及驱动电路2、调制器及驱动电路3、光纤4、光电探测器及放大电路5、示波器6、信号源7、频谱分析仪8、计算机及相关软件四、实验步骤（一）连接实验设备按照实验原理图，将半导体激光器、调制器、光纤、光电探测器等设备正确连接，并接通电源。
（二）设置实验参数使用信号源设置调制信号的频率、幅度等参数，调整激光器的驱动电流和温度，使其工作在稳定状态。
（三）发送光信号将调制后的电信号加载到半导体激光器上，产生光信号并通过光纤进行传输。
（四）接收光信号在接收端，使用光电探测器接收光信号，并将其转换为电信号。
通过放大电路对电信号进行放大，然后使用示波器和频谱分析仪进行观测和分析。
（五）测量和分析实验数据测量光信号的功率、波长、频谱等参数，并与理论值进行比较和分析。
同时，观察信号的失真情况，评估系统的性能。
五、实验结果与分析（一）光功率测量使用光功率计测量发送端和接收端的光功率，计算光信号在传输过程中的损耗。
光波传输信息实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光波传输信息的基本原理和过程。
2. 掌握光波传输信息实验的步骤和方法。
3. 通过实验验证光波传输信息的有效性和稳定性。
二、实验原理光波传输信息实验主要基于光纤通信技术。
光纤通信是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
实验中，我们通过激光器产生光波，将其导入光纤中，通过光纤传输到接收端，然后通过光电转换器将光信号转换为电信号，最后通过示波器等设备进行观察和分析。
光纤通信具有以下特点：1. 传输速度快：光波在光纤中的传播速度接近光速，可达20万公里/秒。
2. 传输距离远：光纤传输距离可达数千公里，不受外界电磁干扰。
3. 传输容量大：光纤通信频带宽，传输容量大，可达数吉比特/秒。
4. 抗干扰性强：光纤传输不受电磁干扰，信号稳定可靠。
三、实验仪器与设备1. 激光器：产生稳定的光波。
2. 光纤：传输光波。
3. 光纤连接器：连接光纤。
4. 光电转换器：将光信号转换为电信号。
5. 示波器：观察和分析电信号。
6. 电源：为实验设备提供电源。
四、实验步骤1. 将激光器产生的光波导入光纤中。
2. 通过光纤将光波传输到接收端。
3. 在接收端，将光纤输出的光信号通过光电转换器转换为电信号。
4. 将转换后的电信号输入示波器进行观察和分析。
5. 调整实验参数，验证光波传输信息的有效性和稳定性。
五、实验结果与分析1. 观察到示波器上显示的电信号波形与激光器产生的光波波形一致，说明光波传输信息过程成功。
2. 通过调整实验参数，如光纤长度、连接器质量等，验证了光波传输信息的有效性和稳定性。
3. 实验过程中，观察到光纤传输过程中的信号衰减现象，分析原因可能是光纤本身的损耗和连接器质量等因素。
六、实验结论1. 光波传输信息实验成功，验证了光波传输信息的有效性和稳定性。
2. 光纤通信技术具有传输速度快、传输距离远、传输容量大、抗干扰性强等优点，是现代通信技术的重要发展方向。
3. 实验过程中，观察到光纤传输过程中的信号衰减现象，提示我们在实际应用中应注意光纤和连接器的质量，以保证光波传输信息的稳定性。
微波实验报告波导波长测量
微波实验报告波导波长测量微波实验报告波导波长测量电磁场与微波测量实验报告实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片当矩形波导终端短路时，将形成驻波状态波导内部电场强度表达式为：E ＝EY ＝E0 sin sin?ZYZ?I?C?sin2?d?g??n、作出测量线探针在不同位置下的读数分布曲线北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告实验二波导波长的测量一、实验内容波导波长的测量按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片，在测量线中入射波与反射波的叠加为接近纯驻波图形，只要测得驻波相邻节点得位置L1、L2，由公式即可求得波导波长两点法确定波节点位置将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置，就可求得波导波长为：’?g ＝ 2 Tmin－ Tmin响后面的测量校准晶体二极管检波器的检波特性将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出u沿线的分布图形设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性作出晶体检波器校准曲线图令d作为测量点与波节点的距离；do是波节点的实际位置，d0+d 就是测量点的实际位置：再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点相邻两边指示电表读数为波腹点50% 对应的值，记录此刻探针位置d1和d2，根据公式n=()g求得晶体检波率n，和所得的数值进行比较三、实验结果分析数据分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波腹到相邻的波节，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许上图为对数坐标，横轴表示logE，纵轴表示logU分析：根据理论分析，上图应该是一条斜率为n的直线，而实际描出的点连成的线不是一条很直的直线，笔者决定采用理论拟合法拟合出一条直线拟合后直线的斜率为，所以晶体检波率为第二种定标法??=(λg==a.两点法测量波导波长+= 22+136T’min ＝? T1 ?T2 ?==22Tmin ＝? T1 ? T2 ?=‘?g ＝ 2 Tmin－ Tmin=b.间接法测量波导波长北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量一、实验目的(1) 学习微波的基本知识；(2) 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；(3) 学习用微波作为观测手段来研究物理现象二、实验仪器1.微波信号源微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率图1 实验原理框图表1 信号源波长测量表按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片当矩形波导终端短路时，将形成驻波状态波导内部电场强度表达式为：E ＝ EY ＝ E0 sin sin?Z在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态微波测量线应用实验报告一、实验目的1、了解一般微波测试线的组成及其主要元、器件的作用，初步掌握它们的调整方法2、掌握波导中波导波长和驻波比的测量方法3、掌握调配器调配的方法及其对传输线驻波比的影响二、实验内容1、测量波导传输线中的横向场分布； 2、测量波导传输线中的波导波长；3、测量波导传输线中的驻波比；4、应用三螺调配器降低波导传输线中的驻波比三、微波测量线组成及测量原理常用的一般微波测试线组成如图1所示信号源能较稳定地工作可变衰减器也是由一小段波导构成的，其中放有一表面涂有损耗性材料，并与波导窄壁平行放置的薄介质片介质片越靠近波导中心处，衰减越大，反之，衰减越小利用可变衰减器可以连续地改变信号源传向负载方向功率的大小；另外，如同隔离器一样，可变衰减器也具有一定的隔离作用纵向场分布测量线是一段在其宽壁中心线开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示当电场探针沿着波导纵向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中纵向电场幅度的分布横向场分布测量线是一段在其宽壁横向开有一窄缝隙的矩形波导，电场探针从缝隙插入波导中，耦合出一定功率的微波信号，通过微波范围内用的晶体二极管检波器后变成为1kHz的低频信号，该信号测量放大器放大后，其幅度通过表头显示当电场探针沿着波导横向移动时，测量放大器表头显示的数值变化就对应着波导中横向电场幅度的分布三螺调配器为波导传输线的终端负载，他由三根细圆柱金属棒分别在波导宽边中心线的不同纵向位置插入波导中，通过每一根金属棒伸进波导内部长度的变化改变反射波的幅度和相位，可以将传输线从终端短路状态调整到终端匹配状态四、实验方法与实验步骤1、首先按图1所示将测量系统安装好，然后接通电源和测量仪器的有关开关，观察微波信号源有无输出指示若有指示，当改变衰减量或移动测量线探针的位置时，测量放大器的表头指示会有起伏的变化，这说明系统已在工作了但这并不一定是最佳工作状态例如，若是反射式速调管信号源的话还应把它调到输出功率最大的振荡模式，并结合调节信号源处的短路活塞，以使能量更有效地传向负载若有必要，还可以调节测量线探头座内的短路活塞，以获得较高地灵敏度，或者调节测量线探针伸入波导的程度，以便较好地拾取信号的能量对于其它微波信号源也应根据说明书调到最佳状态有时信号源无输出，但测量放大器也有一定指示这可能是热噪声或其它杂散场的影响；若信号源有输出，但测量放大器的指示不稳定或者当测量线探针移动时，其指示不变，均属不正常情况，应检查原因，使之正常工作系统正常工作时，可调节测量放大器的有关旋钮或可变衰减器的衰减量，使测量放大器图3 终端短路状态下波导中纵向场幅度分布图3、测量波导传输线中的驻波比在上述条件下移动纵向场分布测量线中电场探针读取测量放大器读数的最大值和最小值，并记录五、实验报告内容1、画出一般微波测试线系统的装置简图，并说明各部分功能功能：微波源：提供信号隔离器：防止后级负载对信号源造成影响可变衰减器：防止信号太大使测量放大器超过量程纵向和横向场分布测量线：用于测量腔内的横向和纵向电场分布情况三螺调配器：用于接各种负载探针、检波器、测量放大器：用于测量和显示数据2、总结各实验项目的主要步骤，测试数据和计算结果 1）将负载短路片接上；找到峰值点，然后在峰值点两侧各找一点，使其幅度值相等，读取坐标位置；这两点中心点即为峰值点，测量两个峰值点的坐标，他们的差值即为半波长；半波长：波长为：2）将负载接到终端找到波峰和波谷对应的幅度，作比值即可 Umax = 62 Umin = 30微波工作波长和波导波长测量一、实验原理：工作波长λ是微波源发射的电磁波在波导中传播的波长，它是连续的等幅波在自由空间或波导中传播工作波长是相同的这种波的发射机构是反射式速调管中的电子束经受速度调制后所发射的电磁波波导波长λg 则是工作电磁波在波导中两侧壁来回反射，形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，这种周期就对应于波导波长λg λ与λg可用下面公式计算：1 ?c?微波在波导两侧全反射沿Z方向传播 ?2?g?微波在波导中全反射使电磁场沿Z方向出现周期性分布，对应的长度称为波导波长λg二实验方法可用吸收谐振的方法测量微波发射频率，然后再计算工作波长λ圆柱形腔体经耦合孔与波导相通，改变腔体的固有频率，当与微波的频率相同时腔体就共振吸收微波能量，传播的微波能量就会减小，从而测到微波频率用驻波的方法测量波导波长在波导中形成驻波，用测量线测量驻波中的电场，可求得λg。
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１
光波导薄膜厚度和折射率的测量
有效折射率是表征光波导的重要参数，知道了有效折射率，才能计算波导的传播常数，进而根据光波导的色散方程计算波导介质的厚度、介电系数等其它参数。
因此,通过测量光波导的有效折射率计算波导波膜厚度和折射率对波导器件的设计具有十分重要的意义。
【实验目的】
1． 了解光波导结构，学习介质平板波导理论； 2． 掌握测量光波导有效折射率的方法； 3． 熟悉棱镜耦合激发导模的实验方法。
【实验原理】
1．棱镜耦合
棱镜耦合法是在波导中激发导模的一种重要方法。
棱镜耦合的原理如图1所示。
棱镜耦合条件为：
βθ=p p n k sin 0
Fig.1 棱镜耦合原理图
当耦合条件满足时，大部分能量进入波导，在波导中激发出某一导模，棱镜的反射光强骤减。
由于实际波导不可能是理想的，总是存在光散射，于是这个导模的部分能量被耦合成其它的导模，这些导模将以不同的方向耦合出棱镜。
每一个模式多有它自己的、满足同步条件的输出角，因此，在反射屏上能观察到一组亮线，即m-line 。
测量这些模式的同步角，并利用波导的模式本征方程，可计算波导薄膜的折射率和厚度。
2．介质平板波导理论
如图2所示的三层平板波导的TM 模色散方程可写为：
棱镜p n 银膜3n 导波层1n
衬底（空气）2n h
p θ
２
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=−−κκπκq n n p n n m h 232
1122211
tan tan 式中：
()2
122120βκ−=n k
()2
12
2202n k p −=β (
)
2
12
3
202n k q −=β
其中β为传播常数。
0k 为真空中的波矢，λπ
20=k ，λ为实验中所用激光的波长。
1n 、2n 分别为波导薄膜、衬底（空气）的的折射率，3n 为覆盖层（银膜）的复折射率，
5.11723i n +−=。
h 为薄膜厚度。
导模有效折射率eff n 定义为：
0k n eff β=
因而测得了导模有效折射率eff n ，便知道了传播常数β。
对于多模波导，若知道了三个模的1−m β、m β、1+m β，便可联立当模序数为m-1、m 、m+1时的超越方程（1）
， ⎪⎪⎪
⎪⎩
⎪⎪⎪
⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+−=++−++−+−−−−−−−−−1123211112221112321122211112321111222111tan tan )1(tan tan tan tan )1(m m m m m m m m m m m m m m m q n n p n n m h q n n p n n m h q n n p n n m h κκπκκκπκκκπκ 求出波导薄膜的厚度h 和折射率1n 。
【实验方法】
有效折射率的传统测量方法是采用m-line 方法。
即通过用肉眼观察到m 线时记录下角
度，即可计算得到有效折射率。
但由于人眼误差较大，且对于一些m-line 不易被观察到的特殊情况（如波导损耗较大或光波波长较长等情况），m-line 方法就不大有效了。
本实验中，样品被放置在θθ2−仪旋转台上，用探测器测量反射光随入射角θ的变化函数。
通过反射曲线的骤减峰来判断导模的激发。
为了获得较为精密的实验数据，转台的转速及数据采集都由计算机来控制，如图3。
（1） （2）
（3）
（4）
（5）
衬底2n
Fig.2 三层平板波导结构
（6）
３
Fig.3 m-line 实验原理图
在实验中采用θθ2−仪带动样品转动。
当转台由计算机控制以角速度ω转动的时候，根据反射定律，反射光线将以2ω转动，如图4所示。
θθ2−仪转台是由内圆台和外圆环构成，二者严格同心。
当内圆台由步进电机带动以ω转动时，通过一系列机构带动外圆环以2ω转动。
样品放置在内圆台上，探测器放置在外圆环上。
样品以ω转动，探测器将以2ω绕转台中心转动，从而保证了不论样品转动到了何处位置，始终能准确的探测到出射光强的变化。
步进电机由计算机控制，它转过的角度经计算机处理后显示在测量软件的工作界面上。
探测器即为普通的硅光电池。
探测到的光强信号电压一般为几个毫伏，将这个信号经模拟放大电路放大，再通过 A/D 转换卡转换成数字信号进行分析。
并输入给计算。
测量软件的计算机工作界面如图5所示：
Fig.4 θθ2−仪示意图
外圆环
内圆台
样品
探测器
入射光线
４
Fig.5 m-line 实验曲线
【实验仪器】
半导体激光器（650nm ）、起偏器、探测器、实验样品（棱镜的折射率p n =1.75）、θ
θ2−精密转台仪、步进电机控制箱、计算机。
【实验内容】
1．棱镜底角的测量0θ。
2．光束在棱镜入射面上的自准。
使入射光线在棱镜入射面上的反射光严格与小孔重合，确定出入射光束的初始入射角00θθ=p 。
3．点击光波导参数测量仪的计算机工作界面上“选项”菜单按钮，确定计算机设定的步进电机的细分数与步进电机控制箱的细分数一致。
4．启动步进马达进行角度扫描。
在计算机工作界面上，按“反向”或“正向”菜单按钮，开始m-line 曲线扫描，得到ATR 谱线。
5．在ATR 谱上测定相邻三个导模的同步角。
按鼠标右键，出现大的十字叉丝，在计算机工作界面的右侧“光标位置”显示匡读出十字叉丝对应的角度位置θ。
6．计算出相邻三个导模的传播常数。
p p n k θβsin 0=
其中)/arcsin(sin 0p n θθ±
7．将相邻三个导模的传播常数代入模式色散方程，求解薄膜的厚度和折射率（可编写计算软件进行计算）。
【实验结果与数据分析】
在图片出现三处峰值后停止软件的运行，得到如下结果：
发现曲线平滑度很差，可能会影响极值的确定，于是调整了棱镜位置以及光路后再次进行实验：
此时发现曲线更平滑。
取得极值后代入软件进行计算得到：
m = 1.966156209 ≈ 2；
n = 1.495073616；
h = 2.092318135μm。
５
【思考题】
1．在实验中如何确定角度的零点？
使入射光线在棱镜入射面上的反射光严格与小孔重合，即光束在棱镜入射面上的自准。
2．如何把实验中测得的外角转化为耦合角？
θ=π
3
−arcsin(
sin(
60−degree
180∗π)
n p
)
3．如果波导只能容纳2个导模，如何确定薄膜的厚度和折射率？
无需求解模序数，用观测即可得到。
并且仅需联立两个方程即可求解折射率与厚度。
６。