WGX7光纤信息与光通信实验系统实验讲义.doc

WGX-7型 光纤信息与光通信实验系统 实验讲义 V1.0 目 录 注意事项 1 实验一 光纤光学基本知识演示实验 2 实验二 光纤与光源耦合方法实验 3 实验三 多模光纤数值孔径（NA）性质及参数测量实验 5 实验四 光纤传输损耗特性及参数测量实验 7 实验五 Mach-Zehnder光纤干涉实验 9 实验六 光纤压力传感原理实验 10 实验七 光纤温度传感原理实验 11 技术服务 12 注意事项 每次开始实验时请先打开机箱上的总电源开关，再打开所需要光源的开关。切勿在光源开关打开的状态下打开总电源开关，以免造成光源永久性损坏。 结束实验时先关闭所有光源的开关，再关闭总电源开关。切勿在光源开关打开的状态下关闭总电源，以免造成光源永久性损坏。 每次连接光纤跳线时，请用镜头纸蘸取酒精将光纤端面擦拭干净。 每次做完实验，请及时将法兰盘和跳线上的防尘帽盖上，以免灰尘进入。 请勿用肉眼直视各个光源，以免对眼睛造成损伤。 仪器长期不使用时，请切断电源，并保持仪器的干燥和清洁。 实验一 光纤光学基本知识演示实验 实验目的 了解光纤光学中的基础知识和常用器件。 实验原理 光纤是工作在光波波段的一种介质波导，为双层圆柱形，内层为纤芯，外层为包层，纤芯折射率略大于包层。光被约束在光纤中进行传播。由于边界条件的限制，光波的电磁场解是非联系的，这种不连续的场解构成模式。 由于光纤纤芯细小，光纤通信中常用的激光器发出的激光需要耦合装置才能进入到光纤中。 在光纤中传播的光束控制通过光纤器件完成，如用于光纤连接的跳线，用于分束的光纤耦合器，允许光单向传播的光隔离器，改变光传播通道的光开关，改变光能量的光衰减器等。 本实验系统涵盖了光纤光学中的常用器件。并对相应的器件进行介绍以及对部分参数进行测量。 实验装置： 实验主机、光纤1段、光纤切割刀1把、手持式光功率计1台、WGN-1型激光功率指示仪1台、光纤跳线1根、法兰盘。 实验内容及步骤 实验内容： 认识光纤器件，对应实物讲解光纤光学基础知识。 实验步骤： 1.介绍单模光纤，多模光纤，光纤切割刀； 2.介绍光纤跳线，法兰盘； 3.介绍光功率计。 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： 主机、GY-24型He-Ne 激光器1台、WGN-1型激光功率指示仪1台、光纤切割刀1把、光纤剥线钳1把、多模光纤1段、酒精泵1个、镜头纸1本。 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； 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五维调整架中； 5、打开He-Ne 激光器，预热几分钟，用激光功率指示仪测量激光器的输出功率P0，并记录下P0数值； 6、将光路调至与主机箱上板平行，同时调整10×显微物镜与光路同轴；调整五维调整架，让激光通过10×显微物镜汇聚后打在光纤的端面上，使光耦合进入光纤。观察另一端输出情况，并用激光功率指示仪测量输出功率Pf，并记录下Pf的数值； 7、将P0、Pf的值代入公式（1），计算耦合效率。 实验报告要求 按照实验内容和步骤反复测量5次，将实验测量结果填入下列表格，并计算出5次的平均耦合效率η。 数据1 数据2 数据3 数据4 数据5 P0 Pf η 5次η平均值 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