实验三 多模光纤数值孔径.docVIP

实验三 多模光纤数值孔径（NA）性质及参数测量实验 实验目的 掌握测量多模光纤数值孔径的一种方法。 了解光纤数值孔径的物理意义。 实验原理 光纤数值孔径NA是表征光纤集光能力的主要参数，其理论表达式为： 式中：n1—纤芯折射率，n2—包层折射率。 可见光纤的数值孔径与直径无关。 在实际测量中，一般采用“远场法”。“远场法”的定义是：光纤远场辐射强度分布下降到最大的5%时，远场辐射半角的正弦定义为数值孔径NAeff=Sinθ，与理论值关系为：NAeff=KNA，K为比例因子。 测量原理如附图2所示： 实验装置： He-Ne激光器、10×显微物镜、精密光纤耦合器、直尺、白屏、多模光纤。 实验内容及步骤 打开He-Ne激光器，校正实验系统； 调整He-Ne激光器，使激光束平行于实验台面； 取待测光纤，对其两端处理，一端经精密光纤耦合器与激光束耦合（参考实验二），一端夹持于白屏前，并与接收屏保持垂直； 测试输出孔径角 固定光纤输出端； 置白屏与距光纤输出端L处，则在接收屏上显示出光纤输出光斑，其直径为D。 用直尺准确测量L和D值，则得输出孔径角为： 计算光纤数值孔径： NA=Sin 关闭He-Ne激光器电源，实验结束。 实验报告要求 按照实验内容及步骤反复测量5次，记录下测量结果，求出5次的平均值。 数据1 数据2 数据3 数据4 数据5 L D NA 5次NA平均值 实验二 光纤与光源耦合方法实验 实验目的 初步掌握光纤切割技术，光源与光纤耦合技术，体会透镜数值孔径对耦合效率的影响。 实验原理 光纤作为无源器件，是光纤传感器中基本组成部分。其端面处质量的好坏，直接影响与光源的耦合效率及光信号的采集。 光纤端面的处理可分为两种形式，即平面光纤头和透镜光纤头，本次实验主要是平面光纤头的制作。 光耦合是将光源发出的光，注入到光纤中的一个过程。光耦合效率与光纤端面质量和耦合透镜的数值孔径有关，当光纤端面处理的质量较好，其数值孔径与耦合透镜数值孔径相匹配时可得到最佳耦合效率。 耦合效率 （1） Pf 为光纤输出功率，P0为光源输出功率。 光纤耦合原理如附图1所示： 附图 1 光纤耦合原理图 实验装置：: He-Ne 激光器、精密光纤耦合器、10×显微物镜、光纤切割刀、光纤剥线钳、激光能量指示仪、多模光纤。 实验内容及步骤 实验内容：切割光纤端面；测量耦合效率。 实验步骤： 1、剪一段多模光纤（约0.1m）； 2、用剥线钳剥去涂敷层，用镜头纸蘸取适量酒精擦干净剥出的裸光纤； 3、用光纤切割刀在裸光纤外壁上轻刻一小口，然后轻轻敲断，端面应垂直，无毛刺； 4、将切好的光纤夹持在光纤卡头上，然后将光纤卡头放进精密光纤耦合器中； 5、打开He-Ne 激光器，预热几分钟，用激光能量指示仪测量激光器的输出功率P0，并记录下P0数值； 6、将He-Ne 激光器、10×显微物镜、精密光纤耦合器放入如附图1所示的光路中进行耦合； 7、将光路调至与平台平行，同时调整物镜与光路同轴；调整五维调节架，让激光通过10倍物镜汇聚后的焦点打在光纤的端面上，使光耦合进入光纤。观察另一端输出情况，并用激光能量指示仪测量输出功率Pf，并记录下Pf的数值； 8、将P0、Pf的值代入公式（1），计算耦合效率。 激光器 物镜 多模光纤 白屏 光斑 附图2 NA测量原理图