2资料一：光纤光学与半导体激光器的电光特性

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1、光纤光纤的全称称为光导纤维，它是一种导引光波的波导，是一种新的传输介质。光纤通讯是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通讯方式。人们利用光导纤维作为光的传输介质的研究工作经历了一段艰辛的道路，直到1966年，英籍华人高辊博士发表了一篇具有历史意义的论文，从理论上阐述了光纤实现低损耗传输信息的可能性以后，光纤的研制工作才异常迅速地展开起来。到了被誉为光纤通讯元年的1970年以后，光纤系统更是伴随着光纤通讯技术的发展而发展到了实用阶段。目前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、激光加工机等许多方面都获

2、得了应用，但其最主要的应用领域是光纤通讯和光纤传感器。相对于无线电通讯来说，光纤通讯具有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本低等优点。相对传统的传感器而言，光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、电绝缘性能好、便于与计算机联接，便于与光纤传输系统系统组成遥测网络、体积小、耗电少等优点。正因为此，光纤通讯和光传感器受到人们的青睐，得到了愈来愈来迅速的发展。并且，随着光纤通讯和光纤传感技术的发展，推动了光纤在许多领域中的应用，同时，光纤技术自身的研究也获得了

3、飞速的发展。本专题从光纤入手，先了解光纤的结构和一般性质，再学习光纤的耦合、传输特性及在通讯和传感领域中的应用。实验一光纤光学与半导体激光器的电光特性实验一、实验目的：1．了解和掌握半导体激光器的电光特性，测出半导体激光器在不同工作电流下的输出功率，求出阈值电流。2．通过对输出光的观察和测量，了解和掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法，进一步理解和巩固光学的基本原理和知识。3．对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。二、实验仪器：GX1000光纤实验仪，光纤实验导轨，半导体激光器(LD)，二维及

4、三维调整架，光纤夹，光探头，功率指示计，光纤刀，显示屏，音频信号源，示波器，一维位移架和12挡光拦头。9三、实验原理：A．光纤结构典型的光纤结构如图1所示，光纤一般由纤芯、包层、涂敷层及护套构成，是一多层介质结构的对称圆柱体。纤芯和包层构成传光的波导结构，纤芯位于光纤的中心部位，它的主要成份是高纯度的二氧化硅，其余成份为掺入的极少量掺杂剂，如五氧化二磷和二氧化锗，纤芯的直径约为5~15mm，包层也是包含有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅，包层的直径（包括纤芯在内）为125mm，其折射率略小于纤芯折射率

5、。涂敷层是一种涂料的敷层，使光纤不受外来的损害，增强光纤的机构强度。护套是由塑料制成的圆形保护套，用来维持光纤的机械强度。图1光纤结构图光纤是一种新型材料，具有许多独特的优点：（1）光纤有良好的传光性能，它对光波的损耗目前可低到0.2dB/km，甚至更低。（2）频带宽，信息量大。因为光纤传输的是光。现在所用的光纤频率在1014~1015Hz的范围内，比微波高5个数量级，即光的频率特别高。（3）光纤本身是一种敏感元件，光在光纤中传输时，光的特性如振幅、相位、偏振态等将随检测对象发生变化而相应变化。

6、（4）光纤电绝缘性能好，它不受电磁干扰，无火花，能易燃、易爆的环境中使用。（5）光纤极细，可塑性好。光纤的总直径为100~200mm，可放置在在小孔和缝隙等被测场点，而且对被测场点扰动小。（6）光纤原料资源丰富，价格低廉。按纤芯折射率分布的不同，可将光纤分为两大类：阶跃折射率型光纤和梯度折射率型光纤。图2是两种典型的纤芯折射率剖面n(r)示意图。9图2光纤折射率分布按光纤传输特性的不同，光纤又分为单模光纤和多模光纤。光纤中的传输模式按照场分布中纵向场分量（Ez、Hz）的特性，可分为横向模和混合模

7、两大类，横向摸记为：TE0m和TM0m，混合模可记为：EHmn和HEmn，角标m，n分别表征了该模式场分布在横向角度方向上的波节数和在径向r方向上的波节数。通常，将HE11模称为主模或基模。仅传播基模的光纤叫单模光纤，能够传播多个传输模的光纤叫多模光纤。单模光纤的纤芯直径为（5~15）mm，多模光纤的纤芯直径为（40~100）mm。一般多模光纤纤芯折射率比折射率比包层高（1~5）%，而单模光纤高约（0.1~0.5）%。本实验选用的是单模光纤。B.光纤传光原理实验表明，当光线从折射率为n1的介质入

8、射到折射率为n2的介质时，在介质分界面上将产生折射现象。其规律是：入射角于折射角的正弦之比与两种介质的折射率成反比，即：9，其中n1是光纤纤芯的折射率，n2是其包层介质的折射率。因n1>n2，则，当入射角增大到某一角度时，折射率将等于90°，这时入射光线不再进入包层介质，而开始产生全反射的入射角称为临界角，当继续增大时，，发生了全反射，于是光便在光纤中沿轴向前传播。这就是光纤的波导原理。不满足全反射条件的光线，由于在界面上只能部分反射，势必有一些能量会辐射到包层中去，致使光能量不能有效传播。通常