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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
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