实习一光纤的处理与数值孔径之量测
光纤检测实习报告

随着我国信息化建设的不断发展,光纤通信技术在各个领域得到了广泛应用。
为了提高我国光纤通信技术的水平,加强光纤产品的质量控制,我参加了光纤检测实习,以了解光纤检测的基本流程、方法和标准。
二、实习内容1. 光纤检测基本流程光纤检测主要包括以下步骤:样品准备、外观检查、性能测试、结果分析。
实习过程中,我跟随导师学习了这些步骤的具体操作。
2. 光纤性能测试(1)光纤颜色及衰减测试:根据YD/T901-2001标准,使用光纤功率计对光纤在1310nm和1550nm波长下的颜色及衰减进行测试。
(2)模场直径测试:使用模场直径测试仪,测量光纤的模场直径。
(3)零色散波长范围测试:使用光纤光谱分析仪,测量光纤的零色散波长范围。
(4)包层直径测试:使用显微镜和光纤测量仪,测量光纤的包层直径。
3. 结果分析根据测试结果,对光纤的各项性能指标进行分析,并与标准要求进行对比,判断光纤是否符合标准。
三、实习收获1. 理论知识与实践相结合:通过实习,我对光纤检测的基本流程、方法和标准有了更深入的了解,将所学理论知识与实际操作相结合,提高了自己的动手能力。
2. 培养了严谨的工作态度:在实习过程中,我遵循实验规程,严格按照操作步骤进行实验,培养了自己的严谨工作态度。
3. 增强了团队协作能力:在实习过程中,我与同学们相互帮助、共同进步,提高了团队协作能力。
4. 提高了沟通能力:在实习过程中,我需要与导师、实验室工作人员进行沟通,提高了自己的沟通能力。
通过本次光纤检测实习,我深刻认识到光纤检测在通信领域的重要性。
在今后的学习和工作中,我将不断积累经验,提高自己的专业技能,为我国光纤通信事业贡献力量。
以下是我在实习过程中的一些感悟:1. 实践是检验真理的唯一标准。
在实习过程中,我将所学理论知识与实际操作相结合,加深了对光纤检测的理解。
2. 严谨的工作态度是成功的关键。
在实验过程中,我遵循实验规程,严格按照操作步骤进行实验,确保实验结果的准确性。
光纤数值孔径测量实验实验原理

光纤数值孔径测量实验实验原理光纤数值孔径测量实验原理光纤是一种用于传输光信号的细长光导纤维,其内部的光信号传输是基于全反射的原理。
光纤的数值孔径是一个重要的参数,它决定了光纤的传输能力和效果。
因此,准确测量光纤的数值孔径对于光纤的设计和应用至关重要。
光纤数值孔径的测量可以采用多种方法,其中常用的方法是通过测量光纤的入射和出射光强的分布来计算数值孔径。
这种方法基于光纤中的高斯光束传输特性,通过测量光纤的光强分布来推导出数值孔径。
实验中,我们可以使用一台光学显微镜和一台光功率计来进行测量。
首先,将一段光纤放置在显微镜下,调节显微镜使其能够清晰观察到光纤端面的图像。
然后,将光功率计放置在光纤的另一端,测量出光纤出射光的功率。
在实验中,我们可以将光纤分为两个区域进行观察和测量。
首先,我们观察光纤的接近端,即距离光纤端面较近的区域。
在这个区域,光纤的数值孔径决定了光纤的采集能力。
通过观察接近端的光强分布,可以得到数值孔径的相关信息。
然后,我们观察光纤的远离端,即距离光纤端面较远的区域。
在这个区域,光纤的数值孔径决定了光纤的耦合能力。
通过观察远离端的光强分布,同样可以得到数值孔径的相关信息。
通过观察和测量光纤不同区域的光强分布,我们可以计算出光纤的数值孔径。
数值孔径的计算通常基于高斯光束的传输特性和光纤的折射率。
计算结果可以为光纤的设计和应用提供重要参考。
除了光强分布的测量,还可以使用其他方法来测量光纤的数值孔径。
例如,可以使用干涉仪测量光纤的模场直径,然后利用数值孔径和模式的关系来计算数值孔径。
此外,还可以使用自适应光学方法来测量数值孔径,通过调整光纤的入射光束形状,观察输出光束的变化来推导数值孔径。
光纤数值孔径测量是一项重要的实验,可以帮助我们了解光纤的传输特性和性能。
通过观察光强分布和采用其他测量方法,我们可以准确计算出光纤的数值孔径,为光纤的设计和应用提供准确的参考。
这对于光纤通信、光纤传感等领域的研究和应用具有重要意义。
光纤检测实习总结

光纤检测实习总结引言本文是对我在光纤检测实习期间所学到的知识和经验的总结。
在这次实习中,我主要学习了光纤检测的基本原理、常见的光纤检测方法以及光纤检测设备的使用。
通过实践和实验,我对光纤检测技术有了更深入的了解,也提高了我在实际操作中的技能和经验。
光纤检测的基本原理光纤检测是利用光的干涉、散射、吸收和透射等特性,通过对光信号的分析来判断光纤的质量和性能。
光纤检测的基本原理包括以下几点:1.光的传输原理:光纤是一种能够将光信号进行传输的介质,其基本结构包括光纤芯和包层。
通过光的全反射原理,光信号可以在光纤中进行传输。
2.光的干涉原理:当两束光线相遇时,会产生干涉现象。
利用干涉现象,可以通过光的相位和振幅的变化来判断光纤的性能。
3.光的散射和吸收原理:在光纤中,光信号会发生散射和吸收。
通过对散射和吸收光强的测量,可以判断光纤的损耗和噪声情况。
光纤检测方法光纤检测可以采用多种方法,根据检测的目的和需求选择不同的方法。
下面介绍几种常见的光纤检测方法:光功率检测光功率检测是通过测量光信号的功率来判断光纤的质量和性能。
常见的光功率检测方法包括直接检测法和间接检测法。
直接检测法是将光功率计连接到光纤的输出端,通过测量输出光功率来判断光纤的信号强度。
间接检测法则是利用定标件和标准光源,通过与待测光纤进行比较来判断其光功率。
光耦合效率检测光耦合效率检测是通过测量光信号的传输效率来判断光纤的耦合情况。
光耦合效率可以通过测量输入光功率和输出光功率的变化来计算。
损耗测试损耗测试是用来评估光纤传输中的信号损耗情况。
常见的损耗测试方法包括端面反射损耗测试和直连损耗测试。
端面反射损耗测试是通过测量光纤端面的反射光强来判断光纤的反射情况。
直连损耗测试则是通过测量光纤传输过程中的光功率来计算传输损耗。
故障定位故障定位是用来确定光纤传输中的故障位置和原因。
常见的故障定位方法包括时间域反射法(OTDR)和光时间干涉法(OTIF)。
OTDR是利用光脉冲通过光纤后,测量反射和散射光信号的时间延迟来定位故障位置。
实验2 光纤数值孔径的测量实验数据处理与分析

光纤数值孔径的测量数据处理与分析1、数据处理与分析(1)多模光纤数值孔径测量(2)单模光纤数值孔径测量分析:由表1以及表2分析可知,实验所测得的多模光纤数值孔径为0.231MMF NA =,单模光纤是数值孔径为0.157SMF NA =。
由此可知,通常情况下,多模光纤数值孔径大于单模光纤的数值孔径,这也解释了为什么多模光纤耦合效率大于单模光纤的耦合效率。
2、误差分析本实验误差较大,主要来自于以下几方面:(1)激光器、显微镜、光纤以及光功率计探测头之之间不可能百分百的准直,一定会存在微小的偏差,这会对实验结果产生一定的误差。
(2)读数时会产生偶然误差,特别是螺旋测微仪的读数。
(3)实验存在不稳定的因素,比如实验时观察到,光功率计的示数并非稳定不变,而是存在微小波动,这也会对实验结果产生误差。
3、实验总结通过此次试验,我对光纤数值孔径有了深刻的学习与认识,明白了光纤数值孔径的含义以及意义,知道了单模光纤数值孔径与多模光纤数值孔径的差异;同时也学会了如何测量单光纤与多模光纤的数值孔径NA 。
续表4、思考题1.实验中是否可以更换其它的聚焦透镜,有何依据?答:实验中不可以更换其它聚焦透镜。
原因有二,其一,为了最有效地把光入射到光纤中去,通常应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行聚光,如果更换就会影响激光与光纤的耦合效率,从而影响实验结果的准确性。
其二,更换聚焦透镜就意味着调节好的准直光路受到破坏,将不能再继续实验,如果要继续实验需要重新对实验光路进行调整准直,所以实验中不能更换聚焦透镜。
2.为何532nm单模、多模光纤的数值孔径有差异?答:单模光纤与多模光纤的数值孔径均由芯区与包层的折射率所决定,即NA=因此,实验所测得的532nm的单模光纤与多模光纤数值孔径的差异(多模数值孔径大于单模)是光纤自身的因素所决定的。
另外,由于多模光纤可以同时传输多种模式的光,而单模光纤只能传输一种模式的光,这也可能会对实验结果产生一定影响。
光纤数值孔径与衰减系数的测量实验

光纤数值孔径与衰减系数的测量实验光纤数值孔径(NA)和衰减系数(α)是光纤传输系统质量及技术参数中常用的性能指标,其中NA是光纤数值孔径测量和数值孔径计算的重要参考指标。
而通过对光纤NA和α的测试,可以及早了解光纤的质量,及早发现光纤故障和缺陷,从而提高光纤网络使用及维护效率。
本文结合实际案例,介绍了光纤数值孔径和衰减系数的测量实验,并分析了实验结果。
一、光纤数值孔径和衰减系数的定义光纤数值孔径(Numerical Aperture,NA)是光纤的一个光参量,它决定着光纤的传输性能,是光纤最重要的物理指标。
光纤数值孔径NA=n1*sinθ1,式中n1是光纤的索引折射率,θ1是半发射角,该式就是光纤数值孔径的定义;半发射角θ1又由输入角θi和折射率比 n=n2/n1定,其中n2为介质折射率,n1为索引折射率。
光纤衰减系数(Attenuation coefficient,α)是指光纤传输中,由于原因如噪声、失真、杂散光等导致的信号衰减速率。
它是能量在光纤传输过程中,每经过一段光纤的衰减程度的度量,单位是dB/km,常以db/m、db/km、db/cm作为计量单位。
二、光纤数值孔径和衰减系数的测量实验光纤数值孔径和衰减系数的测量实验主要有分光仪法、折射仪法和拉曼仪法三种,本次实验采用折射仪法进行测量。
1.测量仪器折射仪:主要由交流电源、光源、可调位平面镜组、可调位折射镜组、分光器等组件构成。
2.实验过程(1)首先,将光纤切成两段,其中一端放在准直腔的光出口处,另一端放在准直腔的光入口处,将准直腔装在准直阳极管内,并将准直阳极管放在折射仪上;(2)其次,调整准直腔折射镜位置,使光纤入射效果最佳;(3)然后,用调位光束分束器,将入射光纤引出,同时利用调位反射镜组,将入射光纤束衍射到折射仪上;(4)最后,调节折射镜,使光纤截面被衍射成圆形,同时记录折射仪折射数据,根据此数据,可以计算出光纤的数值孔径、衰减系数等信息。
光纤孔径测量实验报告

一、实验目的1. 理解光纤孔径的概念及其在光纤通信中的应用。
2. 掌握光纤孔径测量的原理和方法。
3. 通过实验验证光纤孔径测量的准确性。
二、实验原理光纤孔径是指光纤纤芯的直径,它是影响光纤传输性能的关键参数之一。
光纤孔径的大小直接关系到光纤的传输损耗、色散和耦合效率等性能。
本实验采用远场光斑法测量光纤孔径,该方法利用光纤出射远场光斑的直径来计算光纤孔径。
三、实验仪器与设备1. 光纤测试仪2. 光纤耦合器3. He-Ne激光器4. 光学显微镜5. 暗室6. 标准光纤(已知孔径)四、实验步骤1. 将待测光纤与标准光纤连接,确保连接牢固。
2. 使用光纤耦合器将待测光纤与He-Ne激光器连接,使激光通过待测光纤。
3. 将待测光纤出射远场光斑投影到光学显微镜的屏幕上。
4. 在暗室中调整光学显微镜的位置,使光斑清晰可见。
5. 使用光学显微镜测量光斑直径d。
6. 根据公式计算待测光纤的孔径:\[ NA = k \times d \]其中,NA为光纤的数值孔径,d为光斑直径,k为常数(通过标准光纤进行标定)。
五、实验结果与分析1. 通过实验,我们成功测量了待测光纤的孔径,并与标准光纤的孔径进行了比较。
2. 实验结果表明,本实验采用的方法能够准确测量光纤孔径。
3. 通过分析实验数据,我们发现光纤孔径的测量误差主要来源于光斑测量误差和标定误差。
六、实验结论1. 本实验采用远场光斑法成功测量了待测光纤的孔径。
2. 实验结果表明,该方法能够准确测量光纤孔径。
3. 通过实验,我们加深了对光纤孔径概念及其在光纤通信中应用的理解。
七、实验拓展1. 探索其他光纤孔径测量方法,如光束宽度法、干涉法等。
2. 研究光纤孔径对光纤传输性能的影响。
3. 开发基于光纤孔径测量的光纤通信系统。
八、实验总结本实验通过远场光斑法成功测量了待测光纤的孔径,验证了该方法在光纤孔径测量中的可行性。
实验过程中,我们加深了对光纤孔径概念及其在光纤通信中应用的理解,为后续研究光纤传输性能奠定了基础。
光纤检测实习报告

一、实习背景随着信息技术的飞速发展,光纤通信技术作为现代通信网络的核心技术之一,其重要性日益凸显。
为了更好地理解和掌握光纤通信技术,提高自身的实践能力,我于2023年X月X日至X月X日在XX公司进行了为期两周的光纤检测实习。
二、实习目的1. 熟悉光纤通信技术的基本原理和光纤检测方法。
2. 掌握光纤检测仪器的使用和维护方法。
3. 培养实际操作能力,提高对光纤通信系统的故障诊断和解决能力。
4. 深入了解光纤通信行业的现状和发展趋势。
三、实习内容(一)光纤通信基本原理1. 光纤的结构:介绍了光纤的基本结构,包括纤芯、包层和涂覆层等。
2. 光的传输原理:讲解了光的全反射原理,以及光纤通信中的信号传输方式。
3. 光纤的种类:介绍了单模光纤、多模光纤和特种光纤等不同类型的光纤。
(二)光纤检测方法1. 光时域反射仪(OTDR)检测:学习了OTDR的工作原理和检测方法,包括光纤长度、损耗、接头故障等。
2. 光功率计检测:掌握了光功率计的使用方法,用于测量光纤中光的功率,以及光纤接头的损耗。
3. 光路分析仪检测:了解了光路分析仪的原理和功能,用于分析光纤的连接质量和损耗分布。
(三)光纤检测仪器使用与维护1. 光时域反射仪(OTDR):学习了OTDR的使用方法,包括开机、校准、测试等步骤。
2. 光功率计:掌握了光功率计的使用方法,包括量程选择、校准、测试等步骤。
3. 光路分析仪:了解了光路分析仪的使用方法,包括连接、设置、测试等步骤。
(四)光纤通信系统故障诊断与解决1. 光纤通信系统故障原因分析:学习了光纤通信系统常见故障的原因,如光纤损坏、接头松动、设备故障等。
2. 故障诊断方法:掌握了故障诊断的基本方法,如现场测试、数据分析、排除法等。
3. 故障解决措施:了解了故障解决的基本措施,如更换光纤、紧固接头、更换设备等。
四、实习收获1. 理论知识:通过实习,我对光纤通信技术的基本原理和光纤检测方法有了更深入的了解。
2. 实践能力:掌握了光纤检测仪器的使用和维护方法,提高了实际操作能力。
实验1-1光纤数值孔径(NA)性质和测量实验

实验1-1 光纤数值孔径(NA )性质和测量实验一、 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二、 实验原理和设备光纤数值孔径(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0sin NA n θ==式中0n 为光纤周围介质的折射率,θ为最大接受角。
1n 和2n 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m NA 有如下关系:NA m Sin *=καθ其中θ是远场辐射角,Ka 是比例因子,由下式给出:[])0(/)(2/1P P g θκα-=式中P (0)与P (θ)分别为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5%处的角度θe ,其正弦值定义为光纤的数值孔径,并称之为有效数值孔径: e eff NA θsin =本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、实验装置He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计四、实验步骤方法一: 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(读数旋转台轴线与光纤所在面交点已在旋转台上标出);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。
光纤数值孔径测试实验原理

光纤数值孔径测试实验原理光纤数值孔径(Numerical Aperture,简称NA)是光纤传输性能的重要指标之一,它反映了光纤对于进入光线的接收能力和折射能力。
为了准确测量光纤的数值孔径,科学家们开展了一系列的实验研究。
光纤数值孔径测试的基本原理是通过测量光纤的入射角和折射角来计算数值孔径。
当光线从空气中通过介质界面进入光纤时,光线会发生折射现象,入射角和折射角之间存在一定的关系。
根据折射定律,光线在两个介质之间传播时,入射角i和折射角r满足以下关系:n1*sin(i) = n2*sin(r)其中,n1和n2分别表示两个介质的折射率。
对于光纤来说,n1为外部介质(通常为空气)的折射率,n2为光纤的折射率。
由于光纤的折射率是与光纤的数值孔径相关的,因此可以通过测量入射角和折射角来计算数值孔径。
在实际的光纤数值孔径测试中,通常采用倾斜法(Tilt method)和光斑法(Spot method)两种方法来测量。
倾斜法是将光纤放置在一个特定的角度上,通过调整入射光的角度,使得光线在光纤中发生全反射,此时光线的入射角等于临界角。
通过测量临界角就可以计算出数值孔径。
而光斑法则是将光纤连接到一个光源上,光线经过光纤传输后,形成一个光斑。
通过测量光斑的直径和距离光纤端面的距离,可以计算出数值孔径。
在进行光纤数值孔径测试实验时,需要注意以下几点。
首先,实验环境要保持稳定,避免光线的干扰。
其次,光纤的表面要保持干净,以免影响测量结果。
此外,实验过程中需要准确测量入射角和折射角,可以使用倾斜仪器和显微镜等设备来辅助测量。
光纤数值孔径测试实验的结果对于光纤的设计和性能评估具有重要意义。
不同的光纤数值孔径对于光纤的传输性能和应用范围有着显著的影响。
因此,准确测量光纤的数值孔径是确保光纤传输质量的重要保证。
总结起来,光纤数值孔径测试实验的原理是通过测量光纤的入射角和折射角来计算数值孔径。
实验方法包括倾斜法和光斑法。
实验过程中需要注意实验环境的稳定性和光纤表面的清洁度,并准确测量入射角和折射角。
(完整版)01.光纤数值孔径(NA)性质与参数测量实验1-6

实验一光纤数值孔径(NA)性质与参数测量实验实验一光纤数值孔径(NA)性质与参数测量实验一、实验目的1、学习光在光导纤维中传播的基本原理2、掌握测量通信石英光纤的数值孔径2、熟练光学调节技术及熟悉光功率计二、实验仪器1、光源1台2、读数旋转台1个3、三维微调架1个4、光纤两根(单模、多模各一根)2根5、光纤适配器1个6、光斑屏1个7、光功率计1个三、实验原理1、光纤的基本构造光纤的构造如图1-1所示。
它主要有纤芯、包层、涂敷层及套塑四部分组成。
(1) 纤芯纤芯位于光纤的中心部位。
它主要成分是高纯度的二氧化硅,其纯度高达99.99999%,其余成分为掺入的少量掺杂剂,如五氧化二磷(P2O5)和二氧化锗(GeO2)。
掺杂剂的作用是提高纤芯的折射率。
纤芯的直径一般为5~50微米。
(2) 包层包层也是含有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。
掺杂剂有氟和硼。
这些掺杂剂的作用是降低包层的折射率。
包层的直径2b一般为125微米。
(3) 涂敷层包层的外面涂敷一层很薄的涂敷层。
通常进行两次涂敷,涂敷层材料一般为环氧树脂或硅橡胶。
该层的作用是增强光纤的机械强度。
(4)套塑涂敷层之外就是套塑。
套塑的原料大都是采用尼龙或聚乙稀。
它的作用也是加强光纤的机械强度。
一般没套塑层的光纤称为裸光纤。
套塑图1-1 光纤的结构示意图2、光纤的传光原理光纤通信及光纤信息实验指导书(1)光纤的传光原理:采用几何光学来分析时主要包括光的反射、折射和全反射等。
采用波动理论分析时主要包括导模、模数、双折射等。
(2)光在光纤中的传播主要有二种类型,如图1-2所示。
(a )阶跃型光纤 其光纤折射率呈阶跃型分布。
该种光纤的纤芯折射率均匀且比包层高,以保证传输光能在纤芯和包层的界面上实现全反射,光传输轨迹为锯齿形。
当光纤NA 大时,反射次数多、损耗大。
阶跃光纤是光纤应用的基本类型。
(b )渐变型光纤 其纤芯的折射率呈曲面分布,使传输光的轨迹为光滑曲线(如正弦函数曲线),也称蛇形传光。
光纤数值孔径测量实验

1实验一光纤数值孔径(N A)测量实验一、实验目的:1. 了解光纤导光的原理;2. 掌握测量石英光纤的数值孔径原理与方法;3. 掌握光电探测的基本原理及光功率计设计原理;4.掌握用CCD、matlab测量高斯光斑大小的方法及原理。
二、实验装置激光器及电源,导轨,读数旋转台,光纤,光纤耦合架,导轨滑块、支撑杆和套筒,光电探头,电阻盒,5V电源,万用表,CCD,电脑。
三、实验原理1、光纤数值孔径测量光纤,也称光纤波导,它的典型结构是多层同轴圆柱体,如图1,自内向外由纤芯、包层、涂敷层三部分组成。
纤芯位于光纤的中心部位。
纤芯和包层主要成分都是高纯度的二氧化硅,不同的是它们掺入的少量掺杂剂不同。
纤芯掺杂剂如五氧化二磷(P2O5)和二氧化锗(G e O2),掺杂的作用是提高纤芯的折射率。
包层掺杂剂有氟和硼,掺杂剂的作用是降低包层的折射率。
光纤纤芯折射率是稍大于包层折射率,纤芯的直径一般为4~60微米(单模光纤直径小于10um,多模光纤直径一般50-62.5um),为了使光纤具有较好的柔性,包层外径约为125um。
包层的外面涂敷一层很薄的涂敷层。
涂敷层材料一般为环氧树脂或硅橡胶。
该层的作用是增强光纤的机械强度。
为了加强光纤的机械强度,有的光纤在涂敷层之外加上套塑进行保护。
多模光纤损耗大、色散较强,因而脉冲畸变严重;而单模光纤损耗和色散性能都较佳,对光脉冲的影响较小。
光纤长距离通讯中的光纤是用单模光纤,就是这个原因。
实验用的单模石英光纤,它的芯和包层是由不同掺杂比例的石英材料拉制而成,保护层是环氧树脂。
光纤为什么能导光,能传送大量的信息?光纤是利用光的光的反射、折射和全反射等特性来导光的。
折射率小的物质称为光疏介质,折射率大的物质称为光密介质,当光从光密介质入射到光疏介质时,折射角大于入射角,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这时的入射角就叫临界角。
入射角大于或等于临界角时,折射光线消失,发生了全反射现象。
光纤数值孔径测量

光纤数值孔径测量一、实训目的1、掌握光纤及其端面的处理技术2、增强对光纤数值孔径的理解3、熟悉常见光无源器件的连接和常用仪器的使用,掌握光纤主要参数的测量方法。
一、实训主要设备1.He-Ne激光光源(1mW)和电源; 2.耦合装置(测损耗时接);3.光纤(F-MLD50:100/140多模光纤); 4.光功率计和光检测器;5.光纤调角度器(测数值孔径时接上); 6.光纤切割刀7.显微镜三、实训原理与说明1. 光纤的几何构造一般裸光纤具有纤芯,包层及敷层(套)的三层结构,芯和包层由硅玻璃组成,典型单模光纤的芯径为4-8μm,多模光纤为50-100μm,几何形状为圆对称;包层直径一般达百微米以上;高质量通信光纤的纤芯和包层由硅玻璃组成,纤芯中掺有少量杂质使纤芯折射率有所提高。
也有低质量的光纤是由塑料包层和玻璃纤芯构成,或由全塑料构成。
敷层是一个保护外套,直径一般达百微米或几百微米,由塑料制成,也有用极薄的清漆或丙烯酸制作。
2. 光纤的机械特性在测量光纤的数值孔径之前,需要对光纤端面进行处理,即获得一个垂直平整端面,以使光可以有效地耦合进和耦合出光纤。
这将采用划裂拉断方法完成,原理是先用碳化合物或金刚刀片在去除敷层后的光纤上沿垂直方向划开一个小裂口,然后从光纤两头贴近裂口处沿水平方向拉动光纤,均匀地加应力,使裂口穿过光纤并使光纤断裂,在垂直于光纤轴方向形成平整截面。
3. 光纤的数值孔径NA(Numerical Aperture)光纤的数值孔径NA(numerical aperture)是光纤的一个重要光学参数,它在一定程度上表征光纤集光能力和与光源耦合的难易程度,同时对连接损耗及衰减特性也有影响。
它与光纤传输系数的计量有密切的关系,对光纤的传输带宽有着很大的影响,在光学系统中的作用非常重要。
现在就最简单的阶跃折射率光纤为例,假设光线以入射角ϕ进入纤芯,如果纤芯的折射率比包层折射率稍大,则进入纤芯的光线在纤芯与包层界面上有可能发生全反射,设这个临界角为max ϕ,则数值孔径体现了光纤利用全反射将光保持在光纤中的能力,体现了光纤收集光的能力。
光纤数值孔径测试及应用实验

光纤数值孔径测试及应用实验光纤数值孔径(Numerical Aperture,简称NA)是指光纤传输中心的一种重要参数,它决定了光纤对光信号的捕捉能力和传输效率。
光纤数值孔径测试及应用实验是一项关于光纤数值孔径的实验研究,旨在通过实验手段来测量光纤的数值孔径,并探索其在光通信和光传感领域的应用。
一、光纤数值孔径测试实验光纤数值孔径的测试主要通过测量光纤的入射角和出射角来确定。
常见的测试方法有两种:一种是使用显微镜观察法,另一种是使用光纤耦合仪进行测试。
1. 显微镜观察法该方法采用显微镜观察法,通过调整入射角度和观察出射光的亮度变化来确定数值孔径。
具体步骤如下:(1)将一束光线从显微镜下方照射到光纤末端;(2)调整显微镜的焦距,使光纤末端成像在观察平面上;(3)逐渐改变入射角度,观察出射光的亮度变化;(4)当入射角度与数值孔径匹配时,出射光最亮。
2. 光纤耦合仪测试光纤耦合仪是一种专门用于测试光纤参数的仪器,它通过测量入射和出射光的功率来确定光纤的数值孔径。
具体步骤如下:(1)将待测试的光纤端面与光纤耦合仪的接收端面对齐;(2)调整光纤耦合仪的入射角度,使其与光纤的数值孔径匹配;(3)测量入射光和出射光的功率,并计算数值孔径。
二、光纤数值孔径的应用实验光纤数值孔径在光通信和光传感领域有着广泛的应用。
以下是两个具体的应用实验示例:1. 光纤传感应用实验光纤传感是利用光纤作为传感器进行测量的一种技术,其中光纤数值孔径的选择和匹配对传感器的性能至关重要。
通过一个光纤传感实验,我们可以验证光纤数值孔径对传感器的影响,并研究最佳的数值孔径选择。
具体步骤如下:(1)选择不同数值孔径的光纤,并将其作为传感器放置在不同环境中;(2)通过测量光纤传感器的信号强度变化,分析不同数值孔径光纤的传感性能;(3)通过实验结果,选择最佳的数值孔径用于特定的传感应用。
2. 光纤通信应用实验光纤通信是一种高速、大容量的数据传输方式,而光纤数值孔径对通信质量和传输距离具有重要影响。
光纤实验一

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、学习光纤数值孔径(NA )的含义, 掌握光纤数值孔径的测量方法;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、运用远场光斑法测量多模光纤的数值孔径;4、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系;5、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 光纤切割刀1套 光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台 光纤熔接机TYPE-391台 SGN-1光功率计1台 633nm 单模、多模光纤 1米 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φ的分布,远场分布与光纤的数值孔径有关。
数值孔径(NA )是光纤的一个重要参数,它表示光纤聚光能力的大小及与光源耦合的难易程度。
光纤的NA 值越大,光纤收集、传输光能的本领也越大;但NA 值增大,会减小光纤的带宽及传输速率,因此设计光纤时应综合考虑,选取比较合适的数值孔径。
光纤数值孔径的定义有多种形式,最大理论数值孔径m ax,t N A 和远场强度有效数值孔径eff N A 是其中的两种。
最大理论数值孔径定义为:max,0max,sin t t NA n n θ==≈ (1-1) 式中m ax ,t θ为光纤允许的最大入射角,0n 为周围介质的折射率,1n 和2n 分别为光纤纤芯中心和包层的折射率,()121n n n ∆=-为相对折射率差。
光纤结构观察与数值孔径测量实验

光纤结构观察与数值孔径测量实验GCS-FIB 光纤结构观察与数值孔径测量实验实验特点:光纤作为重要的导光器件,认识测量光纤的参数是学习相关课程的重要环节。
本实验使用400X 的光学系统对不同种类光纤(单模、多模、保偏光纤)端面进行观察并使用大恒图像处理软件对图像进行计算分析,测量模场直径和数值孔径。
光纤耦合机械调整部件均使用大恒高精度机械调整部件。
知识点:光纤几何参数,数值孔径(NA),模场直径涉及课程:光纤通信原理,光电检测对学生的要求:有搭建普通物理实验的经验,具有通信和光通信的基本知识。
原理示意图:技术指标光纤:单模 9/125 多模:50/125 65/125 光纤观察仪:400倍光学放大,内部LED寿命100,000小时光学元件:材料: K9精退火焦距(f): ±2%直径 (Φ): -0.20mm中心厚 (Tc): ±0.1mm中心偏: 3’光圈: 1~5局部光圈: 0.2~0.5表面质量: 60-40 scratch-dig 机械和调整部件:直线精度: 0.1mm 分辨率:0.001mm实验内容:●激光光纤耦合●各种光纤端面特征识别●各种光纤模场直径测量●光纤数值孔径(NA)测量实验效果原理示意图实验配置:钢结构安装测量技术实例摘要:超高层钢结构安装测量技术关键词:钢结构,测量一、工程概况咸阳丽彩广场C座商住楼工程位于咸阳市宝泉路3号,总建筑面积为39721㎡,建筑总高度为114.32m,抗震设防烈度8度。
地下两层,地上31层,结构类型为钢框架-钢支撑体系。
二、控制点的布置及施测1、从实际情况,施工场地狭小,对场外布控有影响,故采用内控天顶垂准测量。
2、布设的控制点均引用现有控制轴线D轴、3轴、10轴。
根据实际情况对钢结构分两步控制测量。
3、±0.000以下钢结构:±0.000以下有一节钢柱,在土建基础底板浇筑完后,利用现有控制轴线,在基础底板上投放出各轴线或各轴线的引线,来对各钢柱进行垂直度控制。
光斑法测量数值孔径NA

2、测试输出孔径角θm
(1) 固定光纤输出端; (2) 置遮光屏距光纤输出端L处,则在遮光屏上显示出光纤输出 光斑,其直径为D; (3) 用游标卡尺准确测量L和 D值(测量多次取其平均值) ,则 得输出孔径 角为:
3、计算光纤数值孔径: NA=sin θm 4、关掉He—Ne激光器电源,实验结束。
(2) 远场数值孔径NAff
远场数值孔径是通过测量光纤远场分布确定的。远场数值孔径NAFF 的定义 为光线远场辐射图上光强下降到最大5%的半角(θm) 的正弦 值。 NAff=sinθm (4-2)
(3) NAth与NAff之间的关系
NAth与NAff之间的关系与测量波长有关。 测量远场光强分布大多 在850nm波 长上进行,而测量折射率分布通常则在 540nm 或 633nm 波长上进行。对于这些波 长, NAth与NAff之间的关系如下: NAff= KαNAth (4-3) 其中θ是远场辐射半角,Kα是比例因子,由下式给出
效数值孔径:NAeff =sinθe (4-4) 有效数值孔径与理论数值孔径的关系由(4-3)和(4-4)两式给出。 式中: k—修正系数, 取值为0.95 和0.96, 它们分别对应的测量波 长为540nm 和633nm。 通常,我们应将650nm波长上测得的NAff 作为光纤数值孔径。光纤 数值孔径 可直接通过测量850nm波长上的远场光强分布获得,或间接由 NAth 获得。
二、这个实验的原理和 装置是什么?是多模光纤的一个重要光学参数, 它表征多模光纤集光能 力大小及 与光源相和难易程度,同时对连接损耗、微弯损耗、宏弯损耗、 衰减温度特性和 传输带宽等都有影响。通常,根据折射率分布测量方法 将数值孔径定义如下:(1) 最大理论数值孔径NAth (4-1)
01光纤数值孔径性质与参数测量实验1

实验一光纤数值孔径(NA)性质与参数测量实验实验一光纤数值孔径(NA)性质与参数测量实验一、实验目的1、学习光在光导纤维中传播的基本原理2、掌握测量通信石英光纤的数值孔径2、熟练光学调节技术及熟悉光功率计二、实验仪器1、光源 1 台2、读数旋转台 1 个3、三维微调架 1 个4、光纤两根(单模、多模各一根) 2 根5、光纤适配器 1 个6、光斑屏 1 个7、光功率计 1 个三、实验原理1、光纤的基本构造光纤的构造如图1- 1 所示。
它主要有纤芯、包层、涂敷层及套塑四部分组成。
(1)纤芯纤芯位于光纤的中心部位。
它主要成分是高纯度的二氧化硅,其纯度高达99.99999% ,其余成分为掺入的少量掺杂剂,如五氧化二磷(P2O5)和二氧化锗( GeO2)。
掺杂剂的作用是提高纤芯的折射率。
纤芯的直径一般为5~50 微米。
(2)包层包层也是含有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。
掺杂剂有氟和硼。
这些掺杂剂的作用是降低包层的折射率。
包层的直径2b 一般为 125 微米。
(3)涂敷层包层的外面涂敷一层很薄的涂敷层。
通常进行两次涂敷,涂敷层材料一般为环氧树脂或硅橡胶。
该层的作用是增强光纤的机械强度。
(4)套塑涂敷层之外就是套塑。
套塑的原料大都是采用尼龙或聚乙稀。
它的作用也是加强光纤的机械强度。
一般没套塑层的光纤称为裸光纤。
套塑涂敷层包层纤芯图1-1 光纤的结构示意图2、光纤的传光原理1光纤通信及光纤信息实验指导书(1)光纤的传光原理:采用几何光学来分析时主要包括光的反射、折射和全反射等。
采用波动理论分析时主要包括导模、模数、双折射等。
( 2)光在光纤中的传播主要有二种类型,如图1-2 所示。
( a)阶跃型光纤其光纤折射率呈阶跃型分布。
该种光纤的纤芯折射率均匀且比包层高,以保证传输光能在纤芯和包层的界面上实现全反射,光传输轨迹为锯齿形。
当光纤NA大时,反射次数多、损耗大。
阶跃光纤是光纤应用的基本类型。
(b)渐变型光纤其纤芯的折射率呈曲面分布,使传输光的轨迹为光滑曲线(如正弦函数曲线),也称蛇形传光。
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n2
θc θa
n2 n1
Cladding Core
sin θ c =
n2
n1
sin θ a = n1 cosθ c = n1
2
n1 1− n 2
2
2
N . A. = sin θ a =
θ c 之大小可將 θ 2 以 90 0 代入式 (2),
sin θ c = n 2 n1
因此,圓柱型之玻璃棒或條狀壓克力其折射率均大於空氣折射率,因 此在適當之條件下 , 是可允許光束在其內傳輸的 , 即類似一光波導管。
5.認識光纖數值孔徑 5.認識光纖數值孔徑( 認識光纖數值孔徑(Numerical Aperture,NA)之意義
η=
PO × 100 % PI
以不同之光纖重覆此實驗,比較耦合效率。
4. 4.光纖數值孔徑之測量: 光纖數值孔徑之測量:
a.打開氦氖雷射電源,將光纖耦合器固定於雷射光前,調整光點 剛好入射物鏡之中央。 b.取一已切平端面之光纖,以夾具固定在耦合器上,調整光纖耘 合器使入射至光纖的光達到最強。 c.以白紙作為屏幕分別依 2cm、4cm、6 ㎝、8cm、10 ㎝之距離
2 × 10 −2 1 × 10 −2 2 × 10 −2
衰減值
6-12dB/㎞ (850nm) 3-4dB/㎞ (850nm)
頻寬
25MHz-Km 1GHz-Km
1dB/㎞ 500MHz-Km (1300nm) 0.5dB/㎞ 100GHz-Km
0.0025
(1300nm)
3.塑膠光纖: 塑膠光纖:
其中步驟 2 需俐落的輕擊;然後取出已切割之光纖,並清理 切割刀器上之殘餘光用光纖熔接機之放大鏡觀察光纖切面, 若不平整則必須重新切割。光纖殘渣需立即放入垃圾桶中, 以防扎到人。
3. 3.光纖與氦氖雷射之耦合: 光纖與氦氖雷射之耦合:
a.打開氦氖雷射電源,將光纖耦合器固定於雷射光前,調整光點 剛好入射物鏡之中央。 b.取一已切平端面之光纖,以夾具固定在耦合器上,調整光纖耦 合器使入射至光纖的光達到最強。 c.將光功率錶置於氦氖雷射之輸出光束前,量取未經耦合前之光 功率值 Pi,再用功率錶測量光纖的另一端功率 Po,其耦合效 率為:
所謂塑膠光纖是完全由塑膠材料所製成的光纖,優點是便宜及 使用便利,缺點則是衰減損失(0.14 ~ 0.7dB / m)遠大於玻璃光纖,因 此只限於短距離(1 ~ 200 m)傳輸使用。塑膠光纖的直徑約 lmm,數 值孔徑 0.46。
4.反射定律、 反射定律、折射定律及波導光束: 折射定律及波導光束:
六、問題與討論: 問題與討論:
1.在本實驗中,使用之 He-Ne 雷射光源為 5mW 632.8nm 紅光, 然而光功率量測錶讀取的數值卻不一定讀的到 5mW,試問其 原因為何? 2.在本實驗中,使用之 He-Ne 雷射光源為 5mW 632.8nm 紅光, 要如何調整,才能量測到正確的光功率。 3.在這次的實驗數據中,量測塑膠光纖的數值孔徑 N.A.與出廠時 的數據 N.A.=0.46 是否相同,若不同,原因可能為何? 4.在這次的實驗中,造成量測量數據不精準可能還有那些量測上 的誤差? 5.在本實驗中,有沒有發現任何問題和困難,如何解決的? 6.為何核心(core)與纖殼(cladding)之折射率差變小時,其光纖模態可 由多模態光纖轉變成單模態光纖?
1.玻璃光纖
與頭髮粗細相當的玻璃光纖,其結構基本上是由外層的纖殼 (cladding)及內層的纖心(core)所組成,由於纖心較纖殼具有較高的 折射率,使得在其內之光波因滿足全反射效應而能做長距雜的傳輸。 纖殼大都由純石英 (quartz ,SiO2 ) 所製成 , 而纖心則因在石英滲(doping) 有一層層之雜質 GeO2 ,因此具有較高之折射率,為了使用上之便利, 在纖殼外常加有多層之保護被覆,最簡單的結構如圖 Fig.1,亦有初 被覆 (pre-coating) 及倍覆 (jacket) 兩層,前者之材質不外乎是 silicon 或 acrylic,而後者大都由 nylon 所製成。 core cladding precoating jacket
Core Cladding
Step index fiber
折射率分佈
Core Cladding
graded index fiber
折射率分佈
Core Cladding
single mode fiber
折射率分佈
Fig.2 常見三種光纖之物理特性圖
折射率差 光纖種類 纖心直徑 纖殼直徑 N.A 比∆
SI Fiber GI Fiber GI Fiber SM Fiber 100 µm 50 µm 62.5 µm 9 µm 140 µm 125 µm 125 µm 125 µm 0.3 0.2 0.3 0.1
在解釋光纖之波導特性時必先對反射及折射定律有所了解。所 謂反射定律即入射光及反射光與法線(normal line)之夾角相等,如圖 Fig.3。
θi
θr
Fig. 3 反射定律
θ i = θ r ................
.(1)
而折射定律又稱為 Senll's 定律,乃是一光束入射於拆射率不 同之另外一介質時,在其交介面會產生光射折射的現象,如圖 Fig.4, 而其關係式可以由下式表示:
Fig. 1 玻璃光纖結構剖面圖
2.玻璃光纖的種類: 玻璃光纖的種類:
光纖依其纖心及纖殼折射率分佈型式之不同而可概分成三種:
步級射率光纖 (step index fiber) 或稱 SI 光纖 ; 斜射率光戡 (graded index fiber)或稱 GI 光戡或 GRIN 光纖;及單模光纖(;SMF);圖 Fig.2 將三種光纖之一般物理特性以圖來表示。表 1.1 則列出三種光纖的 一般規格及參數值以供比較。
置於塑膠光纖和多模光纖之光源出口處。 d.用筆記下光圈的範圍並量出其直徑。
五、實驗數據: 實驗數據:
1.光源: He-Ne Laser 632.8nm 光纖長度 光纖種類 (㎝) 100/140MMF 62.5/125MMF 9/125 SMF 4/125 SMF Pi(mW) Po(Mw)
η (% )
100/140MMF 多模光纖 1m 62.5/125MMF 多模光纖 8/125 SMF 4/125 SMF 塑膠光纖 光纖輛合器 玻璃光纖夾具 光學板 固定夾具 光功率錶 物鏡 ×1 ×1 ×1 ×1 ×1 ×1 單模光纖 單模光纖 lm 1m 1m lm
三、實驗原理及說明 :
本實驗主要是利用光纖切割刀及光纖去皮器來處理光纖端 面,再利用光纖之波導特性。將氦氖雷射光耦合入光鐵之中,同時使 用光功率錶量測其輸入及輸出光功率,並測量光纖的數值孔徑。而玻 璃與塑膠光纖之基本特性及測量光纖數值孔徑之原理如下所述:
2.光源: He-Ne Laser 632.8nm 光纖長度 光纖種類 (㎝) Pi(mW) Po(Mw)
η (% )
Байду номын сангаас
塑膠光纖
3. 光源: He-Ne Laser 632.8nm 長度 塑膠光纖 多模玻璃光纖(62.5/125)
L(㎝) D(㎝) 2 4 6 8 10 平均值
ϑ
N.A.
D(㎝)
ϑ
N.A.
實習一 光纖的處理與數值孔徑之量測
一、實驗目的: 實驗目的:
1.認識玻璃與塑膠光纖之基本特性。 2.玻璃與塑膠光纖端面之切割與處理練習。 3.光纖與氦-氖雷射之耦合練習。 4.認識光纖數值孔徑之意義。 5.多模光纖數值孔徑量測之實習。
二 、儀器展器材: 儀器展器材:
光纖切割刀 光纖去皮器 ×1 ×1
n1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 ............
.(2)
n1
n2
θ1 θ2
Fig. 4 折射定律
由於折射定律可知當一入射光束由折射率較高之介質 n1 入射於 另一較低之介質 n2 時,即會有一臨界角θ c(critical angle) ,當入射角 θ 1 大於臨界角θ c 時,則入射光全部反射回原介質 n1 內,及所謂的內全反 射(total internal reflection) ,這也就是光束在光纖之纖心內做全反射 而達傳輸目的的基本原理(纖心之折射率大於纖衣之折射率)。臨界角
n2 − n1
6.N.A.值量測原理如下圖所示: 值量測原理如下圖所示:
四、實驗步驟: 實驗步驟:
1. 2. 認識光纖的基本結構。 認識光纖的基本結構。(參考實驗原理及說明 參考實驗原理及說明) 原理及說明) 光纖端面之處理及切割: 光纖端面之處理及切割:
a. 將光纖去皮器內之夾縫清理乾淨,使其內部不留殘渣。 b.取一段光纖深入光纖去皮器之夾縫中,將去皮器夾住慢慢向 右移動直到完全去除光纖之保護層,一般去皮約 3 公分。 c. 去除外皮之光纖,以酒精將光纖擦拭一次使其表面乾淨無雜 質。 d. 將已去除保護層之光纖。放入光纖切割器中,擺置光纖需超 出切割刀約 7mm。按切割器標示之步驟 1、2、3、4 依次施為,