A. 光纤长度及光纤中光速测定实验报告

光速测量仪，该仪器利用电信号对发射光进行调制，并在一定距离外将接收光进行解调，再通过发射与接收两信号之间的相位差来间接获得光速的实测值。
中文名
光速测量仪
外文名
Light measuring instrument
实验精度
误差≤ 5%
波长
650 nm
功率
30 mW
在物理学中，光速是一个重要的基本参量。光波波长的测量、相对论中的质能关系、基本粒子的运动质量等都与光速有关；在科学研究、精密计量、工程技术、航空航天、数据通讯等许多领域这一参数更有着广泛的应用，因而正确测定真空中的光速具有十分重大的意义。但由于光速每秒钟约达 30 万公里（目前公认的光速值为 c=299792458 ± 1.2 米 / 秒），近距离测量光速需要相当精密的仪器，这对空间有限、资金不足的实验室来说就需要另辟蹊径来完成一般精度下光速测量的实验项目。

B. 音频信号的光纤传输实验如何计算最佳静态工作点

音频信号光纤传输实验

光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了愈来愈广泛的用途，也显示了其愈来愈重要的地位。随之而来的电光转换和光电转换技术、耦合技术、光传输技术等，都是光纤传输技术及器件构成的重要成分。对于不同频率的信号传输和传输的频带宽度，上述各种技术有很大的差异，构成的器件也具有不同的特性。通过实验了解这些特性及其对信息传输的影响，有助于在科研与工程中恰当地使用这一信号传输技术。
一、实验目的
1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
二、实验仪器
FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器组成
三、实验原理
1. 音频信号光纤传输系统的原理
传输系统由“光信号发送器”、“光信号接受器”和“传输光纤”三部分组成。其原理主要是：先将待传输的音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此光信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。本仪器
LED发光中心波长为850nm，光信号接受器的光电检测器峰值响应波长也与此接近。
为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。由于光纤对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统频带宽度主要决定于发射端的调制信号放大电路和接收端的功放电路的幅频特性。
2. 半导体发光二极管LED的结构和工作原理
光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求，所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯的任务，目前在以上各方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（light emitting diode，缩写LED）和半导体激光器（Laser Diode，缩写LD）。以下主要介绍发光二极管。半导体发光二极管是低速短距离光通信中常用的非相干光源，它是如图
3所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P
层之间形成的是P-P异质结，所以这种结构又称为N-P-P双异质结构，简称DH结构。
当在N-P-P双异质结两端加上偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P-P异质结的的阻挡作用不能再进入右侧P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：

C. 光是怎么传播的实验报告单

首先，说到光，很多人的第一个反应都是明亮的，温暖的，舒适的，给人希望的一种象征。但是又有多少人想过，光是如何照到我们身上，是如何让我们感受到温暖，是如何从太阳上发出、穿越大气层来到我们身边的，然而我们，就将要探索光的传播，如果光这种物体不传播，那么我们是无论如何都感受不到它的。
1.光的传播方式：猜想，光是沿直线传播的。依据，可以使用身边非常常见的——老师用的激光笔，当你打开激光笔并照相墙壁时，能隐隐约约的看见他的光源与墙壁照射上的那一个点中间是一条若隐若现的直线。设计实验，①真空，真空的环境我们并不好去做实验证明，不过呢，我们可以在大脑中运用思想实验。  实验仪器：一个聪明的大脑。  实验步骤。根据我们生活中比较长见的，太阳的光芒，似乎都是一缕一束状的，特别是当清晨，我们还在房间里面睡觉时，光就会透过窗帘的缝隙，一束一束的照进来，散落在地上。所以我们对此猜测，从太阳表面发射出的光芒，在穿过真空环境，到达地球，穿过大气层期间，都是沿直线发出的。因为我们现在并没有合适的仪器去能够证实，所以我们只能通过生活中的例子来假设与思想实验进行这个验证。②气体，这个就比较简单啦，在我们的生活当中处处都是气体，空气当然已经成为我们人生存的一个必不可少的元素，光是否在气体中是沿着直线传播的呢——实验仪器：还是激光笔、与一个喷雾水壶。    实验步骤：就如同我们刚刚所说的一样，打开激光笔，将激光笔照像墙壁，这样子在光源与墙壁之间就会有一条若隐若现的直线，这条直线并不是非常明显，如果想要准确的确定他究竟是不是一条直线的话，我们就可以打开喷雾水壶，在它周围喷一喷，这样再次照射的时候，就能很清晰地看见是一条直线。

③液体，液体对我们来说其实也并不是什么难事，水，可就是生活中最常见，最现成的一种介质元素，当然，水也是液体，如果我们想要验证，在液体中，光是否也能按照直线来传播的话，我们可以这样准备：玻璃杯，水与激光笔。  实验步骤：我们可以先将玻璃杯里面灌满水，然后打开激光笔从侧面照射玻璃杯，此时，我们将要仔细的观察，看看在水中，从激光笔的光源发射出去的那条线，是否可以在水中， 呈明显的直线状，如果是的话，那么就可以证实我们的猜想，在液体当中光也是沿直线传播的。

在液体当中光也沿直线传播。
④固体，固体的话，这个词乍耳一听。就觉得这个可没那么好做实验啦，不过其实真的如此吗？我们的生活当中，难道就没有，比较常见的，能够是物体，又方便我们验证光是沿直线传播的东西吗？其实啊，是有哒。实验仪器：果冻（这里对果冻的要求较高，最好是那种里面果仁比较少、纯白、透明色果冻，当然如果找不到这种很特别的果冻，用普通果冻也是可以的，比如我……）与激光笔。下面就是实验步骤啦：我们当然是要拿起果冻，同时也拿起激光笔，随后打开激光笔照射在果冻上面，如果，果冻真的里面有果肉，且比较碍事的话，尽量避开那些果肉，找一条没有果肉阻挡的路线， 随后开始照射。很快，我们也得出结论，果冻虽然以前是类似于液体的一种介质，但是他现在是更属于固体的，仔细观察后我们会发现其实激光笔的那条射线，也是沿直线状在果冻当中传播的。

影子，可谓也是一个非常具有证实性的例子，不管你的影子这些是处于什么方位，什么角度，他都是一个直的，太阳的方位，它总不可能是弯曲的、扭着的，所以说这也就证明了光是沿直线传播哒。现在，我们可谓是已经研究明白光传播的第一步啦，毕竟是有图为证的。接下来我们将要考虑一下的就是光所沿直线传播的条件。2.光沿直线传播的条件：猜想：光沿直线传播的条件，其实就是，要在同一介质中才能沿直线传播。依据：在农村的河边用叉子叉鱼的时候，尝尝，你看准了鱼的位置，你觉得非常准确无误地插下去，结果却扑了个空，这时候经常就会纳闷，但是，这也是一个非常正常的依据。实验仪器：正常玻璃水杯，一只激光笔。实验步骤：将激光笔打开，把玻璃水杯中灌满水。激光笔射入光源进水杯中，观察在空气当中与在水中（也就是液体当中）这条直线有何变化——有图的话我们就可以看的较为清晰了，我们发现这条线在空气当中，与在水中的衔接面上（就是这里水平面）面出现了一些曲折，发生了折叠。

老师进入下你图片哈
对此，我们也总结出来，发现想要让光沿直线传播的第一个必须条件就是需要在同一介质当中。但是凡事不能以一下子就定论，光真的在同一介质中就一定要直线传播吗？这就是一个反问出现了，光在一个介质中要沿直线传播，有没有条件呢？当然是有的啦。3.光在同一介质中，一定沿直线传播吗？先来说一个现象：当你家再用火的时候，或者是在炎热的夏天的学校操场上的塑胶跑道上面，当你俯身蹲下几乎与火与跑道保持平行，就会发现，这个时候的空气中的光有些波动，并不是我们平常所见的没有风时的无波澜的空气中的光，它似乎是在抖动，也有些扭曲，并不是真真正正的一条直线，当然是在非常热的情况下。这又是什么情况呐？猜想：是因为在空气这个介质中介质的分布不均匀。依据：因为在夏天，热空气非常的多，也非常的爱流动，他们常常循环成绩在离地面较近的地方，也就让我们看见了在跑道上的那一番景象，而且在用火的时候，本来空气这种介质在当时是均匀的，但是火的热气出现导致他开始不均匀，所以光在里面开始发生曲折。接下来就是实验啦，实验仪器：一支激光笔，一个能装水的缸子或者一个碗，最好是透明状的，推荐鱼缸，准备一碗盐比较多的盐水，再准备一碗而言较少的盐水。实验步骤：先将那完言较多的盐水倒入鱼缸，再将另一个盐较少的盐水倒入鱼缸，用激光笔照射，后仔细观察。

我也不知道图片咋回事，感觉有点儿小。
这个时候我们就会发现，咦？怎么明明好好的一条激光笔的直线就弯曲了呢？这也就刚好了，证明我们刚刚所说的猜想，要介质相同才能是一条直线。刚刚我们放入的盐水里面有盐较多的水，也有盐较少的水，所以来说，盐较沉，都沉入了底下，但是上面会漂浮一些，所以说是不均匀的，这个时候呢就是介质不均匀，所以说，它就成了一个弯曲的射线啦。其实光的传播在这里就差不多没啦。接下来我们稍稍带入几个生活中的例子。第一个呀，就是小孔成像，大约在两千多年以前，有人解释了小孔成倒像的原因，指出了光的直线进行的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释，是非常的厉害的。用一个带有小孔的板遮挡在墙体与物之间，墙体上就会形成物的倒影，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，墙体上像的大小也会随之发生变化，这种现象说明了光沿直线传播的性质。我们当初，在学校研究日食的时候，也是用的小孔成像。还算是蛮神奇哒。做一个小小的实验哈：点上一支蜡烛，放在靠近小孔的地方。拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。这样，你就会在白纸上看到一个倒立的烛焰。我们称它是蜡烛的像。前后移动白纸，瞧瞧烛焰的像有什么变化。当白纸离蜡烛比较近的时候，像小而明亮；当白纸慢慢远离蜡烛的时候，像慢慢变大，亮度变暗。也可以利用我们常常吃的可比克的薯片桶做，将薯片筒两头掏空，两头垫上白纸，随后，将其中一头的白纸上面挖一个小点点，将点燃的蜡烛放在那个点点的正前方。随后，就可以从可比克薯片桶的另一端的纸上面看见蜡烛的投影了。

D. 光纤中传输的信息可以被窃听吗 实验报告需要

论据支持：航船电子工程 2011年第四期 光纤通讯技术防窃听技术现状与展望

作者：谭联群 吴俊

注意：以下文字并非直接从参考论据中引用。

随着现代社会对光纤网络通信的依赖性不断增强，光纤通信的保密性已成为许多领域内通信业务关注的重点之一。随着光通信技术的快速发展，光纤传输数据的能力变得越来越强，光纤到户的进程也在积极推进。与此同时，针对光纤信号的窃听技术也日趋成熟，对光纤通信进行全程实时窃听已不存在技术障碍，光纤通信的所谓保密性已不再有效，所有这些因素都促使光纤通信窃听及其检测技术成为人们关注的重点。

由于传统的光缆线路监测方法根据光功率的变化来反映传输线路的变化状况，但是这并不能有效地起到检测窃听的效果。比如，如果一个光纤信道的功率在减小，与此同时，其他光纤信道的功率在增加，总的功率可能保持不变，这样就很难有效地检测信道变化的真实情况。因此，在深入研究传统检测手段有效性的同时，探讨新型的检测技术也具有十分重要的实际意义。

光纤窃听方法：

通过改变光纤的某些物理特性可以获得在光纤中传输的信号，但是大部分窃听手段都将对光纤信号产生一定的可以被检测出来的破坏性影响。根据是否对光纤或光纤信号产生破坏性影响来区分，光纤窃听可以分为隐蔽窃听和非隐蔽窃听两类。目前，光纤窃听的方法主要包括光纤弯曲法、V型槽切口法、散射法、光束分离法、渐近耦合法等。

1、光纤弯曲法(FiberBending)：将裸纤适当地弯曲，迫使在其中以完全反射方式前进的光信号的传输路径发生改变，并泄露部分信号到光纤外面，，泄露的光信号能量取决于弯曲半径和夹角，通过检测在弯曲处泄露的光信号，实现对光纤信号的窃听。光纤弯曲法是最容易实现的隐蔽窃听方式，利用光纤弯曲损耗辐射出的约1%光功率就可以将源信号恢复出来。光纤弯曲法示意这种方法对源信号没有影响，也不需要破坏光纤，因此隐蔽性强。对于具有较高分辨率的光纤弯曲法窃听器，由于引入的信号衰减十分微小，利用实时的全在线网络监控器和测试仪器也很难识别出来。

2、V型槽切口法(V-grooves)：V型槽切口法是通过一个接近纤心的V型槽导出光纤信号进行窃听的方法。它要求V型槽的切面与光纤信号传输方向之间的夹角大于完全反射的临界角。当达到这个条件后，在保护层中传输的部分信号和在V型槽切面发生迭加效应的信号发生完全反射，导致信号通过光纤边界泄露。由于这种窃听方法导致的信号衰减很小，因此很难被发现。V型槽切口法需要精确的切割和切面抛光设备，窃听部署需要持续较长时间，因此，光纤保护层的切割和抛光过程将面临被发现的危险。

3、散射法(Scattering)：散射法是采用光纤Bragg光栅技术实现的一种隐蔽窃听方法，它采用一个紫外光激态激光器产生紫外光的迭加并影响目标光纤信号，通过在目标光纤纤心形成的Bragg光栅反射出的一部分光信号实现对目标光纤的隐蔽窃听，。图2散射法示意散射法是目前最先进的光纤窃听技术，常规的网络检测和监控手段都很难识别这种窃听行为。散射法不需要对光纤进行弯曲、切割或抛光，但是它需要更精密的窃听设备并且部署非常困难，比如产生有效的外部干扰干涉光束，并在目标光纤纤心产生光栅耀斑都需要精密的控制技术，而对于光栅耀斑反射出的光信号的检测也需要精密的检测技术。

4、光束分离法(Splitting)：光束分离法是一种需要切断光纤的窃听方法，即切断光纤并接入光分束器，。使目标信号分为两个完全相同的信号，其中一个信号仍然在原来的光纤中传输，另一个信号被窃听。这种方法通常都将造成几分钟的光纤通信中断。因此，光束分离法是一种非隐蔽窃听方法，很容易被发现。

5、渐近耦合法(EvanescentCoupling)：渐近耦合法首先抛光光纤的保护层，使窃听光纤纤心尽可能贴近目标光纤纤心，通过减少保护层的反射引出部分信号到窃听光纤里面。由于光纤纤心非常细，实施这种方法非常困难，又由于光纤的保护层被抛光将产生1~2dB的光纤损耗，因此很难实现隐蔽的窃听。

以上几种窃听光纤信号的方法都可以通过一些技术手段得到光纤信号，特别是光纤弯曲法、V型槽切口法，能够实现隐蔽窃听，又由于实施相关窃听相对容易一些，因此具有较高的实战应用价值。但是，如何隐蔽地精确部署窃听装置，如何探测和分析导出的部分微弱光信号并获得有用的信息，是各种窃听方法必须解决的关键问题。相应地，如何快速精确地检测一些精确部署的窃听(比如光纤弯曲法只需要光束的1%左右，甚至更少的信号能量)是光纤通信安全必须解决的实际问题。