光纤信息与光通信实验系统

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1、实验一光纤光学基本知识演示实验目的通过具体演示，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。实验仪器用具He-Ne激光器1套；手持式光源1台；光纤耦合架1套；633nm单模光纤1米；普通通信光纤跳线3米；光纤支架1套；SGN—1光能量指示仪1台；手持式光功率计1台；SZ—04型调整架6个；SZ—42型调整架1个；SZ—13型调整架1个；光纤切割刀1套。学习和实验内容演示1观察光纤基模场远场分布光纤耦合架单模光纤光纤支架输出光白屏图1光纤基模场远场分布He-Ne激光器五维微调架操作取一根约1米长的633nm单模光纤，剥去其两端的涂敷层，用光纤切割刀切制光学端面，然后参照图1示意

2、，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。其中，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。演示2观察光纤输出的近场和远场图案操作取一根普通通信光纤（单模、多模皆可，相对633nm为多模光纤），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入光纤，用白屏接收出射光斑，分别观察其近场和远场图案。演示3观察光纤输出功率和光纤弯曲（所绕圈数及圈半径）的关系操作取一根约3米长的普通通信光纤（为方便起见，可带Fc/Pc接头），将光源输出的光耦合进光纤，由手持式光功率计检测光纤输出光的功率，并记录此时的功率读数；将光纤绕于手上，改变绕

3、的圈数和圈半径，观察并分析光纤输出功率与所绕圈数及圈半径大小的关系。19实验二光纤与光源耦合方法实验实验目的1．学习光纤与光源耦合方法的原理；2．实验操作光纤与光源耦合。实验仪器用具He-Ne激光器1套；光纤耦合架1套；633nm单模光纤1米；光纤支架1套；光能量指示仪1台；SZ—04型调整架6个；SZ—42型调整架1个；SZ—13型调整架1个；光纤切割刀1套。学习和实验内容1．耦合方法光纤与光源的耦合有直接耦合和经聚光器件耦合两种。聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。自聚焦透镜的外形为“棒”形（圆柱体），所以也称之为自聚焦棒。实际上，它是折射率分布指数为2（即抛物线型）的渐变型光纤

4、棒的一小段。直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。这种方法的操作过程是：将用专用设备使切制好并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，并将其调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大），然后固定其相对位置。这种方法简单，可靠，但必须有专用设备。如果光源输出光束的横截面面积大于纤芯的横截面面积，将引起较大的耦合损耗。经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，并调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大）。这种耦合方法能提高耦合效率。耦合效率η的计算公式为，或式子中P1为耦合进光纤的光功率（近似为光纤的输出光功率）。P2为光源输出的光功率。2．实验操作（1

5、）直接耦合A．切制处理好光纤光学端面，然后按图2示意进行耦合操作。19光纤输入端面输出光图2直接耦合原理示意图He-Ne激光器光能量指示仪B．计算耦合效率，对自己的工作进行评估。（2）透镜耦合A．切制处理好光纤光学端面，然后按示意图3进行耦合操作；B．计算耦合效率，对自己的工作进行评估；C．比较、评估两种耦合方法的耦合效率。光纤耦合架光纤输出光图3聚光器件耦合原理示意图光能量指示仪He-Ne激光器五维微调架实验三多模光纤数值孔径（NA）测量实验实验目的1．学习光纤数值孔径的含义及其测量方法；2．实验操作远场光斑法测量多模光纤的数值孔径。实验仪器用具He-Ne激光器1套；光纤耦合架1套；

6、633nm多模光纤1米；光纤支架1套；光能量指示仪1台；SZ—04型调整架6个；SZ—42型调整架1个；SZ—13型调整架1个；光纤切割刀1套。数值孔径（NA）是多模光纤的一个重要参数。它表示光纤收集光的本领的大小以及与光源耦合的难易程度。光纤的NA大，收集、传输能量的本领就大。学习和实验内容1．光纤数值孔径的几种定义(1)最大理论数值孔径NAmax,t19NAmax,t的数学表达式为式中为光纤允许的最大入射角，为周围介质的折射率，空气中为1，和分别为光纤纤芯中心和包层的折射率，为相对折射率差。最大理论数值孔径NAmax,t由光纤的最大入射角的正弦值决定。(2)远场强度有效数值孔径NA

7、（NAeff）远场强度有效数值孔径是通过测量光纤远场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值的5%处的半张角的正弦值。CCITT（国际电报电话咨询委员会）组织规定的数值孔径指的就是这种数值孔径NA，推荐值为（0.18—0.24）±0.02。2．光纤数值孔径的测量(1)远场光强法远场光强法是CCITT组织规定的G.651多模光纤的基准测试方法。该方法对测试光纤样品的处理有严格要求，并且需要很高的仪器设备：强度可调的非相干稳定光源；