[小学教育]光纤实验讲义.doc

目 录 实验一 光纤基本实验 1 实验二 多模光纤NA测量和光纤传输损耗测量 5 实验三 光纤分束器、衰减器及隔离器参数测量 9 实验四 半导体激光器/发光二极管特性测试 13 实验五 数字信号光纤传输实验 19 实验六 模拟信号光纤传输和电话语音光纤传输 24 实验七 时分复用和波分复用 28 实验八 图像光纤传输与系统眼图抖动实验 39 实验九 计算机自环光纤通讯实验 45 实验十 图像、声音单/双光纤传输实验 48 实验十一 光纤活动连接器、光波分复用器 50 实验十二 多路数据+1路图像单/双光纤传输实验 58 实验十三 光纤传感器设计与应用实验 69 实验十四 光纤线路接口码型HDB3编译码实验 73 附录A THKEGC-2型实验箱接口定义 79 附录B ZY12OFCom23BH1开关、电位器功能说明 82 实验一 光纤基本实验 一、实验目的 1、了解光纤的基本结构； 2、通过具体演示，使实验者对光纤光学有基本的认识，为以后的实验打下基础； 3、学习光纤端口处理方法及焊接过程； 4、学习光纤与光源耦合的方法。 二、实验内容 1、观察光纤基模远场分布； 2、观察多模光纤输出的近场与远场图案； 3、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系； 4、学习光纤端面的制备，光纤的焊接及光纤与光源的耦合。 三、实验仪器 He-Ne激光器 1台 光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台 SGN-1光功率计 1台 光纤切割刀 1套 光纤熔接机TYPE-39 1台 633nm单模、多模光纤 1米 普通通信光纤跳线 3米 手持式光源 1台 手持式光功率计 1台 四、实验原理 光纤的基本结构包括纤芯、包层和套层，光在光纤中传输时，其传输特性与光纤的折射率分布形式、光纤的芯径及光波的波长密切相关。模场分布属于光纤的本值特征，与外界激励条件无关。光纤的输出近场是光纤输出端面光功率沿光纤半径r的分布，如果光纤中各导模的损耗相同，又无模式耦合，则输出近场与光纤输入端面光功率分布相同。光纤的输出远场分布是在距光纤输出端面足够远处，光纤的输出光功率沿孔径角(的分布，远场分布与光纤的数值孔径有关。 光纤与光源的耦合方法分为直接耦合和用聚光器件耦合两种。直接耦合是使光纤直接对准光源接收光功率，这种方法的操作过程是：将用专用设备切制并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，调整位置使光纤输出光功率最大，然后将其固定。这种方法结构简单，成本低廉，但耦合效率通常比较低。 聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。用聚光器件耦合是将光源发出的光通过聚光器件将其聚焦到光纤端面上，并调整位置使光纤输出光功率最大。这种耦合方法由于对光源的输出光束进行了变换，使之能与光纤匹配，因而可以提高耦合效率。 耦合效率由下式定义： (1-1) 式中P2为耦合进光纤的光功率（近似为光纤的输出光功率），P1为光源的输出光功率。 光纤焊接是所有光纤接头技术中性能最稳定，应用最普遍的一种。在光纤熔焊中，一般是首先剥除光纤的保护涂层，然后利用刻痕拉断法处理光纤端面，再调节光纤使其相互对准，最后用电弧、等离子焊枪或氢氧焊枪对准光纤接合部位加热，使两根光纤熔接。利用熔焊技术可以得到损耗很低的光纤接头，对于芯径为50(m的多模光纤其一般的平均连接损耗在0.02dB左右；对于单模光纤连接损耗也可降至0.05dB。当然，焊接质量还与操作者的个人技术及光纤横向错位有关。 五、实验步骤 1、观察光纤基模场远场分布 取一根长约1米的633nm单模光纤，剥去其两端的涂覆层，用光纤切割刀切制光纤端面，然后由物镜将激光从任一端面耦合进光纤，用白屏接收光纤输出端的光斑，观察光场分布，如图1-1所示。其中，光斑中心亮的部分对应纤芯中的模场，外围对应包层中的场分布。 图1-1 光纤基模场远场分布 2、观察多模光纤输出的近场与远场分布 取一根普通通信光纤（相对于633nm为多模），参照演示1的操作步骤，将He-Ne激光器的输出光束经耦合器耦合进光纤，用白屏接收出射光斑，分别观察其近场和远场图案。 3、观察光纤输出功率与光纤弯曲（所绕圈数与圈半径）的关系 取一根3米长的普通通信光纤（有FC/PC接口），用其连接手持式光源与手持式光功率计，记录功率计读数；将光纤绕于手上，观察光纤输出功率与所绕圈数及圈半径大小的半系。 4、光纤与光源的直接耦合 先直接测量出激光器的输出功率P1；然后切制并处理好光纤输出端面；将处理好的光纤按图1-2进行耦合操作，测量输出功率P2；根据式（1-1）计