3.- Fotometría. Fibras Ópticas.

Prácticas de Física Avanzada. Curso 2004-2005
3.- Fotometría. Fibras Ópticas.
Objetivos:
– Verificar la ley del inverso del cuadrado.
– Familiarizarse con el funcionamiento de las fibras ópticas.
– Experimentar la transmisión de señales a través de fibras ópticas.
Procedimiento:
Parte a: Verificación de la ley del inverso del cuadrado.
1.– Monte el láser en el banco óptico (completo) y alinéelo con el mismo.
2.– Monte el fotodetector en un jinetillo y ajuste su altura a la del haz láser.
3.– Expanda el haz láser con el objetivo de microscopio de f’=5mm. El
foco imagen del objetivo actuará entonces como una fuente puntual de
ondas luminosas esféricas. Asegúrese de que el haz expandido sigue
centrado con el eje del banco y de que el fotodetector se encuentra en el
centro del haz para cualquier posición a lo largo del banco.
4.– Conecte la salida del amplificador del detector a un polímetro digital.
No olvide enchufar el terminal ROJO del cable en el terminal COMÚN
del polímetro para que la lectura de éste sea un valor positivo.
5.– Tome medidas de la iluminancia total Evt y de la iluminancia ambiente
Eva (esta última tapando la salida del láser con una cartulina) para las
distancias d al foco de la lente que se indican en la siguiente tabla.
d (mm)
Evt
Eva
Ev=Evt– Eva
50
100 150 200 250 300 400 500 600 700
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A partir de las medidas realizadas, calcule la iluminancia del haz
Ev=Evt– Eva.
6.– Represente gráficamente la iluminancia Ev en función de la distancia d.
Realice otra representación escogiendo las magnitudes de los ejes de
forma que permitan verificar gráficamente que se cumple la ley del
inverso del cuadrado.
E=
1
I
d2
donde I es la intensidad de la fuente, que es constante.
7.– Verifique numéricamente el cumplimiento de dicha ley a través del
coeficiente de correlación de una regresión lineal.
Parte b: Lanzamiento de la luz del láser en una fibra óptica.
8.– Desmonte el objetivo de microscopio y retire el detector del banco.
Tape la salida del láser con el tapón de poliamida para evitar
reflejos mientras coloca la fibra óptica.
9.– Monte la fibra óptica con soporte de forma que el extremo de entrada
(el que se encuentra fijado al soporte) quede de cara al láser. Monte el
poste de soporte con orificio en otro jinetillo y haga pasar por él el otro
extremo de la fibra, sin forzarla, de forma que ésta haga un bucle
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amplio; alinée la salida de la fibra con el eje del banco de forma
aproximada.
10.– Sitúe una pantalla delante de la salida de la fibra, destape el láser y
ajuste la altura del soporte de entrada y la orientación del láser hasta
obtener la máxima salida posible.
11.– Observe, acercando y alejando la pantalla, cómo diverge el haz de
salida. Con el laboratorio a oscuras, observe cómo parte de la luz
(pérdidas) va saliendo de la fibra a medida que se propaga. Mueva la
fibra y observe qué ocurre en la salida. Tenga cuidado para evitar
dirigir el haz de salida hacia los ojos de algún compañero.
Parte c: Transmisión de una señal a través de una fibra óptica.
12.– Apague y guarde el láser.
S
L
P
13.– Coloque en su lugar un diodo LED (S), montado sobre un jinetillo con
tornillo y entre éste y la entrada de la fibra una lente convergente (L) de
f' = 50mm. Sitúe a la salida de la fibra la diapositiva con pantalla opaca
(P).
14.– Conecte la entrada del diodo LED a un generador de funciones y al
osciloscopio para poder observar la señal de entrada.
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15.– Conecte el generador de funciones y observe como el LED se
enciende. Ajuste la amplitud de la salida a 10V, el nivel de corriente
continua a 5V y la frecuencia a un valor suficientemente elevado para
que no sea capaz de apreciar el parpadeo del LED.
16.– Enfoque la luz emitida por el LED sobre la entrada de la fibra
desplazando la lente, desplazando el LED, ajustando la altura de éste y
de la fibra, hasta tener la mayor iluminación posible en la pantalla, a la
salida de la fibra.
D
17.– Sitúe el fotodetector (D) en contacto con la salida de la fibra óptica y
conecte su salida al segundo canal del osciloscopio. Alinéelo hasta
obtener una señal de salida con la mayor amplitud posible.
18.– Ensaye distintas formas de onda, niveles de continua, amplitudes y
frecuencias. Observe y dibuje las formas de onda de entrada y de salida.
Observe qué sucede a las frecuencias más elevadas.