光纤通信实验讲义

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1、实验一光纤光学基本知识演示【实验目的】通过光纤的预备知识和的具体演示，使实验者对光纤光学有基本的认识，并为后面的实验打下知识基础【实验仪器】普通光纤（3米长）二根（一根为单模光纤，一根为多模光纤）He-Ne激光器及电源一套短波光功率计一只白纸光屏一个【演示实验内容】[演示一]　如图一所示，取一根长约一米的普通单模光纤，剥去其两端头的套塑和涂敷层，然后将激光耦合进任一端，试观察光纤另一端的输出面发光情况。其中，亮的中心部分为纤芯，外围为包层。对多模光纤可观察到光纤传输模式。He-Nalaser聚焦透镜光纤支架出射光图一、演示二示意图[演示二]

2、　如图二实验系统，激光输出的激光束经耦合入光纤后在光纤中传输，然后从另一端射出，用白屏接收光斑，观察其近场图案和远场图案。图三、演示三示意图光纤支架He-Nalaser聚焦透镜光纤支架光功率计探测器短波探头220V交流电[演示三]　如图三所示实验系统，先让三米长左右的光纤的尽量伸展开，读出并记录下此时光纤的输出光功率值，然后将光纤一圈一圈绕于手上，观察输出光功率随所绕圈数多少和圈半径大小的关系。（注意，光纤不能绕过小圆圈，否则会损伤和折断光纤）　　6输入光功率固定P0=弯曲半径输出光功率损耗系数（dB）用matlab拟合出出损耗系数与曲率半

3、径的关系式；【思考题】1、根据演示二观测到的近场图案和远场图案，试想可以确定光纤的那些参数？2、通过阅读材料，说出减小光纤损耗的途径有那些？实验二光纤数值孔径（NA）的性质和测量实验【实验目的】１、熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义２、掌握测量光纤数值孔径的基本方法【实验原理】光纤数值孔径（NA）是光纤能接收光辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合效率的重要参数。图一示出了阶梯多模光纤可接收的光锥范围。因此光纤数值孔径就代表光纤能传输光能的大小，光纤的NA大，传输能量本领大。NA的定义式是no*Sinθ=

4、式中no为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。n1和n2分别为光纤纤芯和包层的折射率。光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径有如下关系：其中θ是远场辐射角，Ka是比例因子，由下式给出：6式中P（0）与P（θ）别分θ=0和θ=θ处远场辐射功率，g为光纤折射率分布参数。计算结果表明，若取P（θ）/P（0）=5%，在g≥2时Ka的值大于0.975。因此可将对应于P（θ）曲线上光功率下降到中心值的5%处的角度θe的正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有效数值孔径：本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。【实验仪器】He-Ne激光器及

5、电源、读数旋转台、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计等。实验系统图如图1和图2所示。【实验步骤】１、He-Ne激光器和光功率计的电源，调整实验系统；a.调整He-Ne激光管，使激光束平行于实验平台面；b.调整旋转台，使He-Ne激光束通过旋转轴线；c.取待测光纤，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端与光探测器相连；d.仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线上，并辅助调节旋转台使光纤的输出功率最大。聚焦透镜光纤支架读数旋转台He-Nalaser待测光纤观察屏图二、光纤数值孔径的测量(方法一)意图图三、光纤数值

6、孔径的测量(方法二)意图聚焦透镜光纤支架读数旋转台He-Nalaser待测光纤光功率计探测器短波探头220V交流电测输出数值孔径角θo。实验系统图如图1所示。(1)移开光探测器，固定光纤输出端；(2)置观察屏于距光纤端面L距离处，则在观察屏上可见光纤输出圆光斑，其直径为D；(3)利用毫米尺测量L和D的值，得输出孔径角为：θo=arctan[D/（2L）]２、测试输入孔径角θi(1)光纤输出端于光功率计的探头相连；(2)旋转读数平台，改变光束入射角，记录不同旋转角度θ下的输出光功率值；(3)出P-θ曲线，取P（θ）下降到中心值的5%时所对应的

7、θ值作为θi。３、计算光纤数值孔径。计算公式为：N．A．=Sinθ（8）其中θ即上一步骤测得的θo和θi。４、关He-Ne激光器和光功率计的电源，整理实验仪器，结束实验。【实验数据和记录】表（1）方法一测量所得的实验数据和结果6测量参数第一次测量第二次测量光斑直径W（mm）屏与光纤端头距离L（mm）数值孔径角θo=arctan[D/(2L)]光纤数值孔径NA=Sinθo平均数值孔径表(2)方法二测量所得的实验数据和结果光纤端面入射角Q（度）光纤输出光功率值（微瓦）输出光功率相对值（以Q=0时的值为1）顺时针旋转测的数值孔径角逆时针旋转测的数

8、值孔径角平均数值孔径角θi（度）光纤的有效数值孔径Naeff【思考题】１、光纤数值孔径的物理意义是怎么？谈谈本实验的测量精度取决于那些因素？２、用两种方法测得的结果是否一样？若不