光纖基本特性測試實驗報告

1、裝 訂 線專業(yè)：姓名： 學(xué)號： 日期： 地點： 實驗報告課程名稱： 光通信技術(shù)實驗 指導(dǎo)老師： 成績：_ 實驗名稱：光纖基本特性測試（一）實驗類型： 基礎(chǔ)型 同組學(xué)生姓名： 一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得 實驗1-2 光纖數(shù)值孔徑性質(zhì)和測量一、實驗?zāi)康暮鸵?、熟悉光纖數(shù)值孔徑的定義和物理意義2、掌握測量光纖數(shù)值孔徑的基本方法二、實驗內(nèi)容和原理光纖數(shù)值孔徑（NA）是光纖能接收光輻射角度范圍的參數(shù)，同時它也是表征光纖和光源、光檢測器及其它光纖耦合時的耦合效率的重要參數(shù)

2、。圖一表示階梯多模光纖可接收的光錐范圍。因此光纖數(shù)值孔徑就代表光纖能傳輸光能的大小，光纖的NA大，傳輸能量本領(lǐng)大。NA的定義式是：式中n0 為光纖周圍介質(zhì)的折射率，為最大接受角。n1和n2分別為光纖纖芯和包層的折射率。光纖在均勻光場下，其遠場功率角分布與理論數(shù)值孔徑NAm有如下關(guān)系：其中是遠場輻射角，Ka是比例因子，由下式給出：式中P(0)與P()分別為= 0和 =處遠場輻射功率，g 為光纖折射率分布參數(shù)。計算結(jié)果表明，若取P( ) / P(0) = 5%，在g2時 Ka的值大于 0.975。因此可將P()曲線上光功率下降到中心值的5%處所對應(yīng)的角度的正弦值定義為光纖的數(shù)值孔徑，稱之為有效數(shù)值

3、孔徑：本實驗正是根據(jù)上述原理和光路可逆原理來進行的。三、主要儀器設(shè)備He-Ne 激光器、讀數(shù)旋轉(zhuǎn)臺、塑料光纖、光纖微調(diào)架、毫米尺、白屏、短波長光功率計一套（功率顯示儀1件、短波光探測器1只）。四、實驗步驟方法一：光斑法測量（如圖）1、實驗系統(tǒng)調(diào)整； a 調(diào)整He-Ne激光管，使激光束平行于實驗平臺面； b 調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺，使He-Ne激光束通過旋轉(zhuǎn)軸線； c 放置待測光纖在光纖微調(diào)架上，使光纖一端與激光束耦合，另一端與短波光探測器正確連接； d 仔細調(diào)節(jié)光纖微調(diào)架，使光纖端面準(zhǔn)確位于旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸心線上，并輔助調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺使光纖的輸出功率最大。2、測輸出數(shù)值孔徑角o。 a. 移開光探測器，固定光纖輸

4、出端； b. 分別置觀察屏于距光纖端面L1、L2 距離處，測量觀察屏上的光纖輸出圓光斑直徑D1、D2，計算兩次讀數(shù)差L和D，得輸出孔徑角為：o=arctanD/（2L）； c. 多次測量求平均值。（注：如果圓光斑邊界不清晰，一般是由于出射光功率太強引起的，適當(dāng)旋轉(zhuǎn)讀數(shù)臺減小耦合效率，直至得到一個清晰圓光斑為止。）方法二：功率法測量1、測試輸入孔徑角 a. 光纖輸出端與短波光探測器正確連接，調(diào)節(jié)輸入端使光纖端面準(zhǔn)確位于旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸心線； b. 旋轉(zhuǎn)讀數(shù)平臺，改變光束入射角，記錄不同旋轉(zhuǎn)角度i 下的輸出光功率值Pi； c. 畫出P-曲線，取中心值P()max 的5%所對應(yīng)的值作為有效的數(shù)值孔徑角

5、e。2、計算光纖數(shù)值孔徑：NAe= Sine。3、He-Ne激光器和光功率計的電源，整理實驗儀器，結(jié)束實驗。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理記錄用兩種方法測量得到的實驗結(jié)果，并計算分析。1、光斑法測量：表1 方法一的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果測量參數(shù)第一次測量第二次測量第三次測量光斑直徑(mm)30.027.623.5屏與光纖頭距離(mm)18.020.320.7數(shù)值孔徑角39.8134.2129.58光纖數(shù)值孔徑0.640.560.49平均數(shù)值孔徑0.562、功率法測量：表2 方法二的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果左側(cè)右側(cè)序號光纖端面入射角Q（度）光纖輸出功率值（微瓦）輸出光功率相對值（以Q=0時的值為1）光纖端面入射角Q（度）

6、光纖輸出光功率值（微瓦）輸出光功率相對值（以Q=0時的值為1）101401018212-21360.97131790.9843-41270.90751660.9124-61180.84381440.7915-81120.800101270.6986-101080.771131020.5607-13940.67115840.4628-16740.52918510.2809-20320.22920320.17610-23150.10723190.10411-2510.70.07625140.07712-269.30.06626110.06013-277.80.056277.20.04014-286

7、.40.046285.50.03015-295.10.036293.90.02116-303.90.028302.70.01517-313.10.022311.90.01018-322.40.017321.30.007順時針旋轉(zhuǎn)測的數(shù)值孔徑角27.6°逆時針旋轉(zhuǎn)測的數(shù)值孔徑角26.5°平均數(shù)值孔徑角（度）27.1°光纖的有效數(shù)值孔徑0.456六、實驗結(jié)果與分析光斑法誤差：通過光斑法測得的數(shù)值孔徑NA=0.56.光斑法是通過粗略的測量出射光線的角度得到的實驗結(jié)果，實驗誤差較大。實驗產(chǎn)生誤差的可能原因主要有：1、在測量過程中，入射光線的入射角以及光纖的彎折都會影響最后

8、的實驗結(jié)果。理想情況下，應(yīng)該以最大接受角入射且光纖不發(fā)生彎折的情況下，得到的輸出孔徑角對應(yīng)的是NA，但往往在實驗過程中做不到這一點。2、在測量光斑的直徑時，光斑邊緣會發(fā)生彌散，使得光斑直徑的測量有誤差。3、光纖入射端面不平整、讀數(shù)的誤差等也會導(dǎo)致實驗結(jié)果誤差。功率法誤差：上述兩圖中，負值代表逆時針旋轉(zhuǎn)，正值代表順時針旋轉(zhuǎn)。通過作圖得到實驗結(jié)果數(shù)值孔徑NA=0.456.與光斑法相比較，結(jié)果與理想值0.5更相近，但功率發(fā)和光斑法得到的結(jié)果差距較大，從實驗原理和可靠性出發(fā)，應(yīng)該是功率法測得的結(jié)果更加可信。實驗誤差來源可能是：1、測量的儀器存在著誤差，在實驗過程中，當(dāng)確定了一定角度后，將功率計對準(zhǔn)光，

9、稍微有些對不準(zhǔn)數(shù)據(jù)就會跳動，造成誤差。2、在光路的建立過程中，引入了額外的誤差，如光路未垂直入射、光纖端面不平整等，使功率減小了。七、思考題1光纖數(shù)值孔徑的物理意義是怎么？談?wù)劚緦嶒灥臏y量精度取決于那些因素？光纖數(shù)值孔徑的物理意義:光纖數(shù)值孔徑（NA）是光纖能接收光輻射角度范圍的參數(shù)，同時它也是表征光纖和光源、光檢測器及其它光纖耦合時的耦合效率的重要參數(shù)。光纖數(shù)值孔徑代表光纖能傳輸光能的大小，光纖的NA大，傳輸能量的本領(lǐng)大。數(shù)值孔徑是多模光纖的重要參數(shù)，它表征光纖端面接收光的能力，其取值的大小要兼顧光纖接收光的能力和對模式色散的影響。2）本實驗的測量精度取決于如下因素：激光光源是否正確耦合至光

10、纖；激光光源的穩(wěn)定程度；光纖端面的平整程度；光纖安放的是否存在偏差；是否引入其他的損耗；光斑的衍射和彌散情況；人眼的判斷精度；測量儀器的測量精度；功率探測器的靈敏度2用兩種方法測得的結(jié)果是否一樣？若不一樣，請說明原因。兩種方法的測量結(jié)果不一樣。從理論上分析，用圓斑法是利用了光線可逆的原理進行測量的，得到的實驗結(jié)果是光纖的數(shù)值孔徑；用功率法是利用了光纖的遠場功率角分布與理論數(shù)值孔徑NA的關(guān)系來測量的，最終得到數(shù)據(jù)不是光纖的數(shù)值孔徑，而是光纖的有效數(shù)值孔徑。從本實驗操作分析，造成測量結(jié)果差異的原因主要是光斑法需要測量光纖出射光斑，在測量過程中，入射光線的入射角以及光纖的彎折都會影響最后的實驗結(jié)果。

11、理想情況下，應(yīng)該以最大接受角入射且光纖不發(fā)生彎折的情況下，得到的輸出孔徑角對應(yīng)的是NA，但往往在實驗過程中做不到這一點。功率法中采用了光功率計，有較可靠的數(shù)據(jù)支撐，并非肉眼觀測判斷,提高了實驗的可靠性，但在測量儀器的誤差等方面也會對實驗結(jié)果造成影響。 3為什么在測輸入孔徑角時要保證光纖輸入端面位于旋轉(zhuǎn)軸心上？若光纖端面置于旋轉(zhuǎn)軸心上，在旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺時，激光束能始終入射光纖端面。實驗1-3 光纖傳輸損耗性質(zhì)與測量 一、實驗?zāi)康暮鸵?、了解光纖損耗的定義；2、了解截斷法，插入法測量光纖的傳輸損耗。二、實驗內(nèi)容和原理1、截斷法：（破壞性測量方法） 首先測出整盤光纖的輸出光功率P2（l）。然后在微調(diào)節(jié)

12、架之后約0.3m 處（如圖1）切斷光纖，測得短光纖的輸出光功率P1（l）。 則可得到光纖的衰減為 衰減系數(shù) ：光纖長度圖 12、插入法： 將1、2對接，測得P1（l），然后將待測光纖接入，調(diào)整連接器接頭使得輸出最大，即為P2（l），則，其中包含了光纖衰減和連接器的損耗，因此這種方法準(zhǔn)確度和重復(fù)性不如前一種好。本實驗只對截斷法進行測試。三、主要儀器設(shè)備He-Ne 激光器，透鏡，五維微調(diào)節(jié)架，塑料多模光纖，短波長光功率計一套（功率顯示儀1件、短波光探測器1只）。四、操作方法和實驗步驟1、如上圖，將光纖端面處理后插入微調(diào)架與功率計的短波探頭對準(zhǔn)；2、使激光束通過透鏡中心軸線，并確定其焦平面位置；3、將待測光纖的另一端夾入光纖夾，并使其端面處于物鏡的焦平面位置；4、調(diào)節(jié)激光輸入端的五維微調(diào)架，使得功率計上的輸出值達到最大輸出，并記下此值為P2（l）；5、距光纖輸入端約0.3m 處剪斷光纖，重復(fù)上述步驟，得到P1（l）；6、在光纖盤上記錄下所剪斷的長度，以備下次實驗的時候得以確定光纖的剩余長度；7、最后根據(jù)公式計算得到光纖損耗的大小。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理 功率大小測量次數(shù)10.21.38.13169.5220.42.88.45180.04 平均傳輸損耗為174.78dB/km六、實驗結(jié)果與分析實驗測量得到的數(shù)據(jù)為174.78dB/km，在理論值范