实验2 光纤数值孔径的测量实验数据处理与分析

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单模光纤数值孔径的测量

通常设光纤纤芯的折射率为n1,包层的折射率为 n2,纤芯和包层的相对折射率差(n1-n2)/n1,一般单模光纤为0.3%~0.6%，多模光纤为1%~2%。
光纤的分类：
（1）单模光纤单模光纤纤芯折射率n1保持不变,包层折射率为n2，
纤芯与包层界面有一个折射率突变或阶跃。纤芯直径只有 8~10um,包层直径为125um，写成8/125,9/125等形式。光线以直线形状沿着纤芯中心轴线方向传播，这种光纤只能传输一个模式。
g 1.0 1.5 2.0 2.5 10 ∞ kg 0.88 0.94 0.97 0.98 1 1
1658
g是描述光纤折射率分布曲线参数，对于实际光纤的折射率分布线可以用半径的幂指数来描述：
其中，r是离光纤纤芯轴的距离，a是光纤纤芯半径，g是幂指数。对于g=1，属于三角分布， g=2属于抛物线型分布（梯度分布），表示的是阶跃光纤。
但是NA太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。因此，在光纤通信系统中，对光纤的数值孔径有一定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔
径相同的透镜进行集光。
光纤的数值孔径：
（1）最大理论数值孔径NAmax 无论是阶跃光纤，还是梯度光纤，最大理论数值孔径定义都是：
不能再达到最大值的5%，所以： NAeff=sin 8°=0.1329
根据NAeff=0.975NAmax可以得到 NAmax=NAeff/0.975 =0.1363
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯的变化资料
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[自读教材·填要点]
一、铁路，更多的铁路 1．地位铁路是交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山至开胥平各庄铁路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。

多模光纤数值孔径的测量

多模光纤数值孔径的测量人类社会现在已发展到了信息社会，声音、图象和数据等信息的交流量非常大。

以前的通讯手段已经不能满足现在的要求，而光纤通讯以其信息容量大、保密性好、重量轻体积小、无中继段距离长等优点得到广泛应用。

其应用领域遍及通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算机等行业，并正在向更广更深的层次发展。

光及光纤的应用正给人类的生活带来深刻的影响与变革。

[实验目的]学习光纤与光源耦合方法的原理；实验操作光纤与光源的耦合；学习光纤数值孔径的测量方法[实验仪器]GY-10型He-Ne 激光器1套；光功率测量仪1台；633nm 多模光纤1m ；光纤切割刀1套；[实验原理]1光纤结构与传光原理目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它主要由纤芯和包层组成：纤芯的折射率分布可以一常数(称为阶跃型光纤)，也可是具有轴对称的径向坐标的函数（称为梯度型光纤）。

下面以阶跃型光纤为例进行说明。

假设光纤端面与其轴线垂直，若光线射到光纤入射端面时包含了光纤的轴线，则这样的光线称为子午光线。

子午光线进入到纤芯后，在光纤中的传输路径是一条在光纤子午面内按“Z ”字形前进的平面射线。

若投射到光纤端面上的光射线的入射面不包含轴线，则称为偏射线，它在光纤内的传播行径不再是一条平面折线，而是一条空间折线。

为论述方便，下面仅就子午面内的传播规律作定量分析。

如图1所示，假设光纤端面与其轴线垂直，根据Snell 定律，有：z i n n θθsin sin 10= (1) 式中απθ-=2z 有αθcos sin 10n n i = (2)其中0n 是光纤入射端面左侧介质的折射率。

图1 光在光纤内的传播通常，光纤端面处于空气介质中，故0n ＝1。

由（2）式知：如果光线在光纤端面处的入射角i θ较小，则它折射到光纤内部后投射到芯子--包层界面处的入射角α有可能大于由芯子和包层材料的折射率1n 和2n 按下式决定的临界角c α：()12sin n n arc c =α (3)在此情形下，光射线在芯子—包层界面处发生全内反射。

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。

光纤的光学特性实验报告

一、实验目的1. 了解光纤的基本结构和光学特性。

2. 学习测量光纤的数值孔径、截止波长等关键参数。

3. 掌握光纤的光学特性实验方法及数据分析。

二、实验原理光纤是一种利用光的全反射原理进行信息传输的介质。

光纤的光学特性主要包括数值孔径（NA）、截止波长、衰减系数等。

本实验主要测量光纤的数值孔径和截止波长。

三、实验仪器与设备1. 光纤测试仪2. 氦氖激光器3. 光纤耦合器4. 光纤切割机5. 光纤剥皮器6. 光纤微弯器7. 光纤测试软件四、实验步骤1. 光纤制备：将待测光纤两端分别进行剥皮、切割和清洁处理，确保光纤端面平整。

2. 光纤连接：将激光器输出端连接到光纤耦合器，光纤耦合器另一端连接到待测光纤。

3. 数值孔径测量：- 调整激光器输出功率，使光斑在光纤端面中心。

- 将光纤微弯器放置在光纤另一端，调整微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。

- 记录光斑移出光纤端面的角度，即为光纤的数值孔径。

4. 截止波长测量：- 将激光器输出波长设置为一定值。

- 调整光纤微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。

- 逐渐减小激光器输出波长，直至光斑不再从光纤端面中心移出，记录此时的波长，即为光纤的截止波长。

五、实验结果与分析1. 数值孔径测量结果：本实验测得光纤的数值孔径为0.22。

2. 截止波长测量结果：本实验测得光纤的截止波长为1550nm。

六、讨论1. 数值孔径是光纤的重要参数之一，它决定了光纤的色散和模场直径。

本实验测得光纤的数值孔径为0.22，符合普通单模光纤的数值孔径范围。

2. 截止波长是光纤的一个重要参数，它决定了光纤的传输带宽。

本实验测得光纤的截止波长为1550nm，说明该光纤适用于1550nm波段的光通信。

七、结论通过本次实验，我们成功测量了光纤的数值孔径和截止波长，掌握了光纤的光学特性实验方法。

实验结果表明，该光纤符合普通单模光纤的特性，可用于1550nm波段的光通信。

八、实验心得本次实验让我们对光纤的光学特性有了更深入的了解，也提高了我们的实验操作技能。

光通信实验报告

光通信实验报告实验一：测量光纤耦合效率【实验简介】：光线主要用于通信、光纤传感、图像传送以及光能传递等方面。

由于光纤制造技术的不断进步，光线内部的损耗越来越小，因此在实际应用中提高光源与光纤之间的耦合效率是提高系统传输效率的重要技术之一。

【实验目的】：1.了解光纤特性，种类2.掌握光纤耦合的基本技巧及提高耦合效率的手段3.熟悉常用的耦合方法【实验装置示意图】：【实验数据】：光纤输出光功率：0.78mW光纤输入光功率：1.9mW耦合效率为：0.78/1.9*100%=41.1%【实验思考总结】耦合时，因为起始的光强较弱，用探测器检测效果不明显。

可以先用目测法，观察输出光斑的亮度。

等到达到一定的亮度之后，在接入探测器，观察示数。

调节时，首先调节高度，然后调节俯仰角，最后在调节左右对准度与旋转方向。

实验二：测量光纤损耗【实验目的】：通过测量单模光纤的衰减值，了解测量光纤损耗的常用方法：插入法（实际测量中很多器件的插损、损耗都使用这种方法）。

【实验原理】：光源发出的光通过光的注入系统输入到短光纤中，并通过光纤活动连接器与光功率计接通。

首先测量短光纤的输出功率P1，然后通过光纤连接器接入被测光纤，测量长光纤的输出功率P2，则光纤的总损耗为被测光纤的长度为L，则光纤的损耗系数为【实验装置示意图】：【实验数据】：光纤长度L：6km波长为1310nm的数据电流（mA）22.5 17.0 7.3P1(dBm) -7.1 -9.9 -13.2 P2(dBm) -9.2 -12.8 -15.5 损耗A（dB） 2.1 2.9 2.5 损耗系数0.44 0.41 0.383 （dB/km）波长为1550nm的数据电流（mA）25.4 16.2 13.6 P1(dBm) -6.9 -10.0 -11.1 P2(dBm) -8.7 -11.9 -12.9 损耗A（dB） 1.8 1.9 1.8 损耗系数0.30 0.32 0.30 （dB/km）实验三：测量光纤的数值孔径【实验简介】：光纤的数值孔径大小与纤芯折射率、纤芯-包层相对折射率差有关。

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。

光纤数值孔径

4．按复位键复位点击，关机。
5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90 则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156 一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
NAmanx1 n2n12 n22 n1 2
n1 NA的定义常见的有两种，简单的定义如下：（1）最大理论数值孔径NAmax：
NAmax n12 n22 n1 2
其中n1、n2分别是光纤纤芯中心处最大折射
率和包层折射率；
n1
n2 n1
为纤芯—包层最大相
对折射率差。NAmax的物理意义是光纤最大可
ห้องสมุดไป่ตู้
【思考题】（1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义是什么？
（2）实验中的测量方法是否和数值孔径的定义相冲突，为什么这么做？
（3）还有哪些方法可以用来测量数值孔径？
【实验感想】
通过学习，我接受了基本的实验技能训练，学会了一些基本的测量的方法，熟悉了常规仪器的基本原理、性能和用法，学会了正确记录实验数据和处理实验数据，分析实验结果，以及书写实验报告。
在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想才能更好地了解实验、掌握实验，还要善于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己的探索创新精神。
谢谢！
【实验目的】（1）熟悉光纤的结构特点及分类（2）掌握光纤数值孔径的定义和测量方法
【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，同时对连接损耗、微弯损耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响

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。

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

（3）还有哪些方法可以用来测量数值孔径？
【实验感想】通过学习，我接受了基本的实验技能训练，学会了一些基本的测量的方法，熟悉了常规仪器的基本原理、性能和用法，学会了正确记录实验数据和处理实验数据，分析实验结果，以及书写实验报告。在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想才能更好地了解实验、掌握实验，还要善于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己的探索创新精神。
谢谢！
光源
耦合系统功率计探测器
远场光强随角度分布的关系图
I
max
O
max

【实验器材】光纤数值孔径测试仪，光纤光源【实验步骤】 1．打开电源，稳定光强大约5min； 2．按复位键将电机复位，设定合适的步长；
3．通过步进控制键分别测量记录1310nm波长下的G652光纤的远场功率随角度变化的关系 4．按复位键复位点击，关机。 5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
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（2）远场强度有效数值孔径NAeff 远场强度有效数值孔径是通过光纤强度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5%处的半张角的正弦值。
NAeff sinP0.05 1 0.05 NAmax kg NAmax
g/2
数值孔径的测量原理图
旋转装置
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90
则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156
一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975 NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
【思考题】（1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义是什么？
（2）实验中的测量方法是否和数值孔径的定义相冲突，为什么这么做？

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。

光纤数值孔径

功率计探测器
远场光强随角度分布的关系图
I
max
O
max

【实验器材】光纤数值孔径测试仪，光纤光源【实验步骤】
1．打开电源，稳定光强大约5min；
2．按复位键将电机复位，设定合nm波长下的G652光纤的远场功率随角度变化的关系
4．按复位键复位点击，关机。
5．利用三波长光源，重复1~4步，测量 1550nm的光纤数值孔径。
【数据处理】
从图中可知，最大角度为90 则，有效数值孔径NAeff =sin 90 ≈0.156 一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布
NA 0.975NAmax
则，NAmax =NAeff/0.975=0.16
【思考题】（1）光纤的数不胜数值孔径的的物理意义是什么？
在实验中，要积极动手去做，积极动脑去想才能更好地了解实验、掌握实验，还要善于提出问题并自己多琢磨，从而培养自己的探索创新精神。
谢谢！
（2）远场强度有效数值孔径NAeff 远场强度有效数值孔径是通过光纤强度远
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5%处的半张角的正弦值。
NAeff sinP0.05 1 0.05g / 2 NAmax kgNAmax
数值孔径的测量原理图
光源
耦合系统
旋转装置
单模光纤数值径孔的测量电科091 高亚超
【实验目的】（1）熟悉光纤的结构特点及分类（2）掌握光纤数值孔径的定义和测量方法
【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，同时对连接损耗、微弯损耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响

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近年来，随着光纤技术的发展，光纤的数值孔径和衰减系数的测量实验受到了越来越多的重视。

在光纤传输系统中，光纤数值孔径（Numerical Aperture，简称NA）以及衰减系数等技术参数，为传输系统和光纤组件设计提供了重要的参考。

在光纤数值孔径和衰减系数的测量实验中，采用的是两个测量装置，一个是NA测量装置，另一个是测量衰减系数的设备。

NA测量装置采用了一种新型的可变激光束采集技术，能够更好地测量光缆的NA。

NA测量装置可以可靠的测量出光纤的尺寸和NA。

测量衰减系数的设备，通常采用的是测试发射和接收机测量方式，发射每个波长的光信号，接收机测量每个波长的光信号衰减程度，从而得出光缆每个波长的衰减系数。

为了提高测量的准确度，在进行测量实验之前，需要对测量设备进行校准。

NA测量装置的校准首先要计算出各个位置的发射光强和接收光强，在两种参数并行测量出来后，比较结果，从而确定测量装置的准确度水平。

在测量衰减系数的设备校准阶段，首先需要测量出发射功率以及波长，其次要测量每个波长的接收光强，然后确定发射和接收机的准确度水平。

在实验中，可以使用NA测量装置、衰减系数测量装置和计算机结合来进行实验。

首先，通过NA测量装置对光缆做NA测量，再通过衰减系数测量装置对光缆做衰减系数测量，最后通过计算机将采集的数据进行处理，得出光缆的NA和衰减系数的最终结果。

在光纤数值孔径与衰减系数的测量实验中，正确的测量结果对于提升传输系统的性能至关重要。

只有正确的测量结果，有助于厂家更好地设计光纤组件，从而实现精确的光缆通信。

同时，在进行测量实验之前，也要确保测量设备具有良好的准确度，从而有助于测量结果的准确性。

总之，光纤数值孔径与衰减系数的测量实验，是一个十分重要的实验工作，有助于更好地提升光缆通信的性能。

正确的测量结果，有助于提高传输系统的可靠性和稳定性，从而有效提升光缆通信的性能。

实验2 光纤数值孔径NA测量实验

实验2 光纤数值孔径NA 测量实验 2011.11.09一、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、实验原理光纤的数值孔径数值孔径（NA ）是衡量一根光纤当光线从其端面入射时，它接收光能大小的一个重要参数，也就是说它是反映光纤捕捉光线（或聚光）能力大小的一个参数。

如图六所示，通常我们考虑的是光纤中子午光线的数值孔径。

设θc 为光纤内产生全反射时的临界角，则可知Sin θc=n 2/n 1.因为光是从空气（n 0=1）入射到光纤端面的，所以根据图五，可得()210/90/n n Sin Sin c a =-θθ由此又可得 ()()n n n n n n c Cos Sin c a 1211/sin 202110-=-==θθθ (1-2) 通常，通讯中用的光纤为弱导光纤，其纤芯和包层的折折率差很小，可近似认为n 1+n 2≈2n 1，若定义相对折射率差为△=(n 1-n 2)/n 1,则∆==200n n a Sin NA θ (1-3)这就是光纤的数值孔径的定义式，称之为光纤的最大理论数值孔径。

光纤的数值孔径的测试通常采用方法有：“近场法”和“远场法”。

A 、“近场法”是根据数值孔径的定义，测出折射率n 1和n 2，求得数值孔径NA 为n n NA 2221-=。

由这种方法测出的数值孔径称为“理论数值孔径”或“标称数值孔径”。

B 、“远场法”如实验所述的测量光纤的数值孔径（NA ）的两种方法。

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1－6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。

光纤数值孔径小研究

光纤数值孔径小研究学院：专业：姓名：学号：摘要：在此次专题实验中我们测试了一个非常重要的光纤性能参数，光纤的数值孔径。

经过查找资料，光纤数值孔径对光信号耦合、传输方面起到很大影响。

而由于数值孔径的不同，光纤又可分为单模光纤与多模光纤。

借此机会我查阅了相关资料，对数值孔径的作用以及单模双模光纤之间的区别做一个研究。

关键字：数值孔径单模光纤多模光纤正文：在进行光源与光纤特性这个实验时，我们进行了一个对光纤数值孔径的测量。

测量步骤是先耦合好光纤，将功率探头紧贴光纤输出端面，记下此时功率值。

再向后移动探头，在不同位置记录功率值。

当测到的最大功率为初始功率的90%时，便可记下此时探头与光纤输出端面距离H，由此来算出光纤数值孔径。

那么数值孔径的含义是什么？由实验我们可以发现，在探头后移的过程中，功率值逐渐减小，也就是说光纤输出端面发出的光信号消失了一部分。

我们已知光波是利用光全反射原理进行传播的，当光纤端面光线入射角大于某一值时该束光线便不能在光纤中传播。

对于对称圆柱结构的光纤，出射光角度与入射光角度相同，所以通过对H的测量，可以测出何时探头无法接收到全部信号，也就可以算出入射光角度与出射光角度i0。

由实验我们可以推断，i0越小，表示光纤的可入射角度越小，即光纤越难以耦合，聚光能力越强；反之i0越大，光纤的入射角越大，光纤越容易耦合，聚光能力越弱。

通过课本我们得到光纤数值孔径公式NA=n0∗sin i0所以光纤数值孔径是用来表征光纤的聚光能力与光源耦合的难易程度的参量。

当数值孔径很小时，表示对入射光角度要求很高，光纤不易耦合，但是聚光性得到保障，这种光纤在信号传输时准确度较高。

当光纤数值孔径变大时，入射光角度要求降低，光纤更易耦合，表示可以同时容纳多种模式的光信号，但同时由于聚光性变差，这种光纤在传输时信号衰减很快。

通过数值孔径的不同，光纤可分为单模光纤与多模光纤。

单模光纤顾名思义，只许一种模式的光信号传播。