光纤耦合实验报告

篇一：光纤测量实验报告
光纤测量实验报告
课程名称：光纤测量
实验名称：
耦合器光功率分配比的测量
学院：电子信息工程学院专业：通信与信息系统班级：研1305班
姓名：韩文国
学号：13120011
实验日期：2014年4月22日指导老师：宁提纲、李晶
耦合器光功率分配比的测量
一、实验目的：
1. 理解光纤耦合器的工作原理；
2. 掌握光纤耦合器的用途和使用方法；
3. 掌握光功率计的使用方法。

二、实验装置：ld激光器，1 ×2光纤耦合器，2 ×2光纤耦合器，tl-510型光功率计，光纤跳线若干。

1. ld激光器
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。

.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。

电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（gaas）、硫化镉（cds）、磷化铟(inp)、硫化锌(zns)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。

本实验用的ld激光器中心频率是1550nm。

2. 光功率计
光功率计（optical power meter ）是指用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。

在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表；在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。

通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。

用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。

3. 耦合器
光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的光纤无源器件，是光纤系统中使用最多的光无源器件之一，在光纤通信及光纤传感领域占有举足轻重的地位。

光纤耦合器一般具有以下几个特点:一是器件由光纤构成，属于全光纤型器件;二是光场的分波与合波主要通过模式耦合来实现;三是光信号传输具有方向性。

光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。

对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分。

在本实验中所用的1 ×2耦合器光功率分配比理论值为1:9，而2 ×2耦合器光功率分配比理论值为1:1。

三、实验内容：
测量耦合器两输出端的功率，计算功率分配比。

四、实验原理：
2 ×2 光纤耦合器亦称x型光纤耦合器，它是一种应用最为广泛的定向耦合器件。

该种耦合器主要依靠倏逝场的作用实现耦合，使两根光纤纤芯相互靠近，可以实现光功率的有效耦合。

当光纤中传输的能量经过耦合区时，一部分能量通过消逝波传到包层中，并逐渐耦合到另外一根光纤之中。

因此，大多数2 ×2光纤耦合器的耦合结构都应设计成使两个纤芯彼此靠近的结构，如图所示。

1. 耦合器主要性能参数
(1) 插入损耗(insertion loss)
插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值，其数学表达式为:
(2) 附加损耗(excess loss)
附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减少值，其数学表达式为:
(3) 分光比(coupling ratio)
分光比是指在某一端口输出功率pi 与各个端口总输出光功率之比，即
(4) 隔离度(isolation)
光纤耦合器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。

其数学表达式为:
式中pl 为某一光路输出端测到的其他光路信号的功率值。

2. 耦合模理论
耦合模理论是分析光纤耦合器耦合机理的有力工具。

耦合模理论最突出的优点在于能够诠释光波在波导中的物理行为，即波导中的同类模(导波模、包层模和辐射模) 之间、不同类模(导波模与包层模、导波模与辐射模、包层模与辐射模)
之间的功率交换行为。

耦合模理论能够比较全面、精确、细致的描述光纤耦合器的耦合器特性及功率转换过程，并能给出精确的解析解。

缺点是需满足弱导近似条件，对构成光纤耦合器的横截面和折射率分布都有严格要求，且推演、求解过程繁冗，受问题边界条件的限制，能够得到的解析解有限。

2x2单模光纤耦合器可看作是两个锥体相互靠近形成的，其基本结构如图 l 所示.它的基本思想是: 相耦合的两波导中的场. 各自保持了该波导独立存在时的场分布和传输系数.耦合的影响表现在场的复数振幅的沿途变化.设两波导中的复数振幅为a1(z)和a2(z).由于耦合作用，它们沿途变化.其变化规律可用两联立的一阶微分方程组表示:
式中， a1、a2分别是两根光纤的模场振幅;b1 、b2是两根光纤在孤立状态下的传播常数; cij是耦合系数.他们都是传播方向z的函数.当两根光纤相同时，b1=b2，c12=c21=c，于是方程(1)的解析解为 :
将上式归一化处理，且令p1为直通臂中的光功率，p2为耦合臂中的光功率，可得:
式中. l为耦合区的有效相互作用长度 .也可以近似为熔融拉伸长度;c为耦合系数. 其中: 上式中， r 是光纤半径，d是两光纤中心的间距，u和w是光纤的纤芯和包层参量
.篇二：光纤耦合实验报告
光纤耦合实验报告
一. 实验目的
将一束空间平行光（红外1068nm或者紫外）耦合进光纤里，本实验是耦合红外1068nm激光
二.实验原理
1.光纤耦合头：一个透镜mount在一可调焦距的耦合装置上，
我们实验室用的型号有（）
2.光纤型号（）
一束平行光通过耦合头里的可调节透镜，使光聚焦至光纤里面
三.实验仪器
激光器（波长1068nm），光纤耦合头，光功率计，光纤（波长1068nm），45反射镜，透镜（如果需要光斑需要整形）,红外探片，尺子ｏ
四.实验步骤
1. 首先，调节45反射镜，使需要耦合的平行光束平行于光路平台（高度约为75mm）
2. 用光功率计测量一下耦合前的光功率并记下?0
3. 安装耦合头，将耦合头固定在支架上（耦合头中心轴到支架底部的高度约为75mm），将ｏ支架摆放在光学平台上，调节45反射镜和支架，使平行光束基本恰好通过耦合头，此时用探片在耦合头后方观察时，呈均匀的圆斑状，说明光束基本打到透镜的轴心上，将支架固定在平台上即可。

4. 取出光纤使光纤的一头用胶带固定在光功率计探头上，另一头安装在耦合头上
5. 首先，调节功率计的量程约为纳瓦级别，此时，可看到功率计上示数为十几或是几十纳ｏ瓦（），然后，调节45反射镜和支架上的旋钮，观察功率计示数并使之最大，接着调节透ｏ镜聚焦（功率计示数会有大的波动），使功率计示数最大，接着再次调节45反射镜和支架，使功率计示数最大，再次调节透镜聚焦，使功率计示数最大，这样迭代下去，一直使功率计示数最大为止，读出示数?1 ｏ
6. 计算耦合效率10
五.实验总结
1. 调节光纤耦合需要很大的耐心，掌握正确的方法原理实验难点，总会调很高的效率.
2. 影响光纤耦合的效率有：
1.光路是否等高同轴，平行光束是否恰好通过透镜中心○
2.光纤头是否被污染，○
3.光斑质量（大小）是否需要整形○
4.耦合头的选择○
注意事项
1.由于红外激光对眼的视网膜具有不可修复性伤害，所以不许人的眼线与光线所走的水平面重合，更不许用眼激光直接打进眼睛，做好光线格挡，避免光束外露，以免对人体造成伤害。

2.光纤很脆，需小心拿放，以免折断。

3.光纤头不得长时间暴露空气中，更不得触碰，以免受到污染（若光纤头脏了，需用专业试纸擦拭）。

4.光束耦合好后，光纤的另一头不得朝着人体的方向，更不得对着人眼，以免激光对人体产生伤害。

篇三：光纤实验报告一
2012-2013学年春季学期
【coe9340】光纤通信技术及应用
实验名称：半导体激光器p-i特性测试
学生实验报告
一、实验目的
⒈学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理⒉了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系
⒊掌握半导体激光器p（平均发送光功率）-i（注入电流）曲线的测试方法
二、实验仪器
三、实验原理
半导体激光二极管通过受激辐射发光，是一种阈值器件。

由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mw）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（δλ＝0.1～1.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20ghz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。

p-i特性是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时，应选阈值电流ith尽可能小，对应p
值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

并且要求p-i曲线的斜率适当。

半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源，其性能指标直接影响到系统传输数据的质量，因此p-i特性曲线的测试了解激光器性能是非常重要的。

半导体激光器驱动电流的确定是通过测量串联在电路中的r110上电压值。

电路中的驱动电流在数值上等于r110两端电压与电阻值之比。

为了测试更加精确，实验中先用万用表测出r110的精确值，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成p-i特性的测试。

并可根据p-i特性得出半导体激光器的斜率效率。

四、实验步骤
⒈用电线链接电终端模块。

⒉将开关bm1拨为1310nm，将开关k43拨为数字，将电位器w44逆时针旋转到最小。

3.旋开光发端机光纤输出端口（1310nm t）防尘帽，用fc-fc光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。

4.用万用表测得r110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（v＝i×r110）。

5.将电位器w46逆时针旋转到底。

6.打开直流电源，指示灯d4、d5、d6、d7、d8亮。

7.用万用表测量r110两端电压（红表笔插t103，黑表笔插t104）。

⒏慢慢调节电位器w44，使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表。

⒐做完实验后先关闭光发模块电源，然后依次关掉各直流开关（电源模块），以及交流电开关。

⒑拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。

五．实验数据记录： i=u/r110
1.根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。

⒉根据所画的p-i特性曲线，找出半导体激光器阈值电流ith的大小。

ith=2.5ma
⒊根据p-i特性曲线,求出半导体激光器的斜率。

k=?p/?i=0.0092w/a
实验结果分析：
将上表所得实验结果进行分析，绘制p-i特性曲线可得其阈值电流大概在2.5ma左右，同时也可以得到p-i特性是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时，应选阈值电流尽可能小，对应p值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

并且要求p-i曲线的斜率适当。

斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。

六．思考题回答
1.半导体激光器发光工作原理：半导体激光器是向半导体pn结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡。

2.激光器的阈值电流随温度升高而增大，外围分子量效率随温度升高而减小，温度升高时，电流增大，外围分子量效率减小，输出光功率明显下降.
3.p-i特性是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时，应选阈值电流i尽可能小，对应p 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

并且要求p-i曲线的斜率适当。

斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整
困难。