光纤基本特性测试实验报告

实验报告

课程名称： 光通信技术实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：光纤基本特性测试（一）实验类型： 基础型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

实验1-2 光纤数值孔径性质和测量

一、实验目的和要求

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、实验内容和原理

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。图一表示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：

式中n0 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NAm 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：

专业：

姓名：

学号： 日期： 地点：

装

订

线

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P(θ)曲线上光功率下降到

θ的正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有效数值孔径：

中心值的5%处所对应的角度

e

本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。

三、主要仪器设备

He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计一套（功率显示仪1件、短波光探测器1只）。

四、实验步骤

方法一：光斑法测量（如图２）

1、实验系统调整；

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．放置待测光纤在光纤微调架上，使光纤一端与激光束耦合，另一端与短波光探测器正确连接；

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。

2、测输出数值孔径角θo。

a. 移开光探测器，固定光纤输出端；

b. 分别置观察屏于距光纤端面L1、L2 距离处，测量观察屏上的光纤输出圆光斑直径D1、D2，计算两次读数差ΔL和ΔD，得输出孔径角为：θo=arctan[ΔD/（2ΔL）]；

c. 多次测量求平均值。（注：如果圆光斑边界不清晰，一般是由于出射光功率太强引起的，适当旋转读数台减小耦合效率，直至得到一个清晰圆光斑为止。）

方法二：功率法测量

1、测试输入孔径角

a. 光纤输出端与短波光探测器正确连接，调节输入端使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线；

b. 旋转读数平台，改变光束入射角，记录不同旋转角度θi 下的输出光功率值Pi；

c. 画出P-θ曲线，取中心值P(θ)max 的5%所对应的θ值作为有效的数值孔径角θe。

2、计算光纤数值孔径：NAe= Sinθe。

3、He-Ne激光器和光功率计的电源，整理实验仪器，结束实验。

五、实验数据记录及处理

记录用两种方法测量得到的实验结果，并计算分析。

1、光斑法测量：

表1 方法一的实验数据和结果

测量参数第一次测量第二次测量第三次测量∆(mm) 30.0 27.6 23.5

光斑直径D

∆(mm) 18.0 20.3 20.7

屏与光纤头距离L

数值孔径角

0arctan[/(2)]D L θ=∆∆

39.81 34.21 29.58

光纤数值孔径sin e NA θ= 0.64 0.56 0.49

平均数值孔径 0.56

2、功率法测量：

表2 方法二的实验数据和结果

左侧 右侧

序号 光纤端面入射角Q （度） 光纤输出功率值

（微瓦） 输出光功率相对值（以Q=0时的值为1）

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）

1 0 140 1 0 18

2 1 2 -2 136 0.971

3 179 0.98

4 3 -4 127 0.907

5 16

6 0.912 4 -6 118 0.843 8 144 0.791 5 -8 112 0.800 10 12

7 0.69

8 6 -10 108 0.771 13 102 0.560 7 -13 94 0.671 15 84 0.462 8 -16 74 0.52

9 18 51 0.280 9 -20 32 0.229 20 32 0.176 10 -23 15 0.107 23 19 0.104 11 -25 10.7 0.076 25 14 0.077 12 -26 9.3 0.066 26 11 0.060 13 -27 7.8 0.056 27 7.2 0.040 14 -28 6.4 0.046 28 5.5 0.030 15 -29 5.1 0.036 29 3.9 0.021 16 -30 3.9 0.028 30 2.7 0.015 17 -31 3.1 0.022 31 1.9 0.010 18

-32 2.4 0.017 32 1.3 0.007 顺时针旋转测的数值孔径角 27.6° 逆时针旋转测的数值孔径角 26.5° 平均数值孔径角

i θ（度）

27.1° 光纤的有效数值孔径e

NA

0.456