实验二十七、光波导传输损耗的测量
实验二、光纤损耗及断点的检测
实验二光纤损耗及断点的检测一、实验目的：了解光纤损耗的检测手段，认识光时域反射计，熟悉使用方法，利用光时域反射计检测光纤的损耗和断点。
二、实验仪器：1.光时域反射计OTDR 一台2.1550 nm波长的单模光纤若干3.打印机Epson5700 一台4.跳线两根5.法兰盘两个三、实验原理：检测光纤损耗的基准方法是剪断法，剪断法的精度较高，但是这种方法属于破坏性测量，不适合现场使用，为了克服这一弱点，提出了两种替代方法插入法、背向散射法，其中背向散射法只需要光纤的一端测试，方法十分简单，很适合现场测量，特别是可用来测光纤的长度及确定故障点位置，所以这种方法应用广泛。
用这种方法测量光纤损耗的仪器称为光时域反射计（Optical time domain reflectometer），本实验即介绍利用OTDR对光纤损耗及断点的检测。
光时域反射计利用反射测量技术测量光波导（如光纤）特性的一种仪器，光纤中反射光造成光反射的原因有光缆的端部、光纤的断裂处、接头、连接器界面、裂纹、碎裂，或传输媒质的其它各向异性特点和不连续性。
从理论上分析主要是瑞利散射和菲涅尔反射。
1.瑞利散射在光纤中存瑞利散射，瑞利散射是由于光纤自身的缺陷和掺杂成分的不均匀性所产生的。
瑞利散射光的特点是散射光波长与入射光波长相同，散射光功率与该点入射光功率成正比。
散射光沿各方向皆有，但只有小部分在光纤数值孔径内的光会沿光纤轴向传播。
如在光纤输入端注入大功率窄脉冲光信号，在光脉冲沿着光纤传播时，各点的散射光部分将被返回到光纤的输入端。
离光纤输入端近的地方散射回来的光较强，而离输入端远的地方散射回来的光较弱。
离光纤输入端近的地方散射回来的光先返回至光脉冲输入端。
2.菲涅耳反射光在传输过程中通过折射率不同的介质的界面产生的反射称为菲涅耳反射。
根据菲涅耳定理，功率为in P 的光垂直入射时，反射功率T P 与in P 有如下关系：)(1212n n n n P P in T +-=其中21n n 、分别为不连续处两侧折射率。
波导传输及基本测量
5. 交叉读数法测波导波长 波导波长的测定一般为测定两个波节的位置，这样由探针引入的误差 最小，为了准确测定波节的位置，常采用交叉读数法。方法是，不直接测 量最小点的位置，而是在最小点两侧找到两个电流读数相同的点，记下它 们的位置分别为D1‘和D1“<如图12>则有 ： D1min = (D1'+D1")/2 同样， D2min=(D2'+D2")/2
E
' D1
" D1 D1min
' D2
" D2
D
D2min
由此可得波导波长 λg=2(D2min-D1min)。
实验二 反射式速调管工作特性的研究
一、实验目的要求 1、熟悉微波信号源及仪表、波导元件的正确使用方法。 2、熟悉反射式速调管的工作原理,并测定XFL—2A信号源中反射式速 调管的工作特性曲线。 3、根据速调管的工作特性曲线，提出使用该管的设想。 二、实验仪器
三、实验内容 本实验将采用两种方法对速调管的特性进行观察研究。 第一种方法是逐点描述法（即静态法），方法是逐点改变反射极电压， 测量在不同反射极电压时振荡器的输出功率和振荡频率，这样就可以绘制 出速调管的工作特性曲线，即 P … Ur 曲线和 f … Ur 曲线。这是一个比较 精确的方法，但由于本实验所用的XFL—2A型信号源中反射极电压调节 范围较窄，用这种方法只能观察到两个振荡模，因而只适用于研究最佳振 荡模的特性，实验线路见图13（用虚线连接的仪器在第二种方法时才用）。 在对系统调匹配，并适当调节可变衰减器使示数合适后，即可进行测量。
电压表
检流计 示波器
微波信号源 隔离器 调制信号源 频率计 可变衰减器 测 量 放大器 y x
光波导 传播常数
光波导传播常数光波导是一种用于光信号传输的光纤结构，由光学材料构成。
在光波导中，光信号通过长距离传输，并且能够保持其强度和质量。
传播常数是光波导中的一个重要参数，它描述了光信号在光波导中传播的特性。
光波导中的传播常数通常由两个参数来描述，包括相位常数β和衰减常数α。
相位常数β描述了光信号的相位变化，它决定了光信号传播的速度。
衰减常数α描述了光信号在传播过程中的损失，它决定了光信号的强度变化。
相位常数β的计算可以使用折射率来进行。
在光波导中，折射率是光信号传播速度的关键参数，它决定了光信号在光波导中的传播速度。
一般而言，折射率是介质中光速度的比值，通常表示为n。
在光波导中，可以使用有效折射率来描述光信号在波导中的传播速度。
有效折射率是一种加权平均值，它考虑了波导中的介质分布和光信号的分布情况。
衰减常数α的计算可以使用光波导的损耗来进行。
在光波导中，主要的损耗来源包括吸收损耗、散射损耗和耦合损耗。
吸收损耗是由于光信号被光波导中的材料吸收而产生的，散射损耗是由于光信号被光波导中的微观结构散射而产生的，耦合损耗是由于光信号在波导的输入和输出之间的耦合效应而产生的。
这些损耗可以通过实验测量来获得，从而计算出衰减常数α。
除了相位常数β和衰减常数α，光波导中还有其他一些相关的参数和特性。
例如，波导常数k是相位常数β和波长λ之间的比值，描述了光信号的相位变化程度。
色散常数D描述了光信号在光波导中传播时的色散效应，即不同波长的光信号在传播过程中的传播速度不同。
这些参数和特性对于光波导中的光信号传输和应用具有重要意义，能够提供准确的传输性能和质量保障。
总结起来，光波导中的传播常数是描述光信号在光波导中传播特性的重要参数，包括相位常数β和衰减常数α。
相位常数β描述了光信号的相位变化，衰减常数α描述了光信号在传播过程中的强度变化。
除了传播常数，还有其他一些相关的参数和特性，例如波导常数和色散常数等。
这些参数和特性对于光波导中光信号的传输性能和应用具有重要意义。
光衰通断测试实训报告
光衰通断测试实训报告光衰通断测试实训报告一、引言光衰通断测试是光纤通信系统中常用的一种测试方法，用于检测光纤传输过程中的信号强度衰减情况和信号是否能够正常传输。
本报告旨在对光衰通断测试实训进行全面详细的介绍和总结。
二、实训目的1. 学习掌握光衰通断测试的基本原理和方法。
2. 熟悉使用光功率计和光源进行光衰通断测试。
3. 掌握分析和解读测试结果，判断光纤传输质量。
三、实验步骤1. 准备工作：a) 确保实验室环境安全，避免操作时对设备造成损坏。
b) 检查仪器设备是否正常工作，确保准备就绪。
2. 连接设备：a) 将待测的光纤连接到光源输出端口，并将另一端连接到待测设备。
b) 将待测设备的输出端口连接到光功率计输入端口。
3. 设置参数：a) 打开光源和光功率计，确保两者能够正常工作。
b) 在光功率计上设置测试参数，如波长、测量范围等。
4. 测试信号强度：a) 将光源发出的光信号输入到待测设备中。
b) 使用光功率计测量待测设备输出端口的光功率。
c) 记录测量结果，并与预期数值进行比较。
5. 测试通断情况：a) 断开待测设备与光源之间的连接，观察光功率计上的读数。
b) 再次连接待测设备与光源，观察读数是否恢复正常。
c) 记录测试结果，并分析原因。
6. 数据分析和解读：a) 根据测试结果计算信号衰减值，并与标准范围进行比较。
b) 分析通断情况下的读数变化，判断是否存在异常情况。
c) 根据分析结果评估光纤传输质量，并提出改进建议。
四、实训心得通过本次实训，我对光衰通断测试有了更深入的了解和掌握。
我学会了正确连接和设置测试设备，确保测试能够顺利进行。
在实际操作中我注意到了一些细节问题，如保持光纤接口的干净和稳定、避免弯曲等，这些都对测试结果有一定影响。
我学会了如何分析和解读测试结果，判断光纤传输质量，并提出相应的改进建议。
五、实训总结光衰通断测试是光纤通信系统中必不可少的一项测试工作。
通过本次实训，我对光衰通断测试的原理、方法和步骤有了更深入的理解和掌握。
光学计测量计的原理和应用
光学计测量计的原理和应用1. 前言光学计测量计是一种利用光学原理进行测量的仪器。
它通过测量光的属性来获得目标物体的相关参数，广泛应用于工业生产、科学研究、医学诊断等领域。
本文将对光学计测量计的原理和应用进行详细介绍。
2. 光学计测量计的原理光学计测量计的原理基于光的传播和反射特性。
通过对光的衍射、干涉、散射等现象进行分析，可以得到被测量对象的相关参数。
光学计测量计的原理主要包括以下几个方面：2.1 波长测量原理光学计测量计可以通过测量光的波长来获得被测量对象的相关参数。
这是基于光的衍射现象，根据衍射光的角度和波长之间的关系，可以计算出被测量对象的特定尺寸或形状。
2.2 相位测量原理相位测量是光学计测量计的重要原理之一。
通过测量光波的相位差，可以得到被测对象的形状和表面的信息。
相位测量主要依靠干涉现象，通过比较两束光的相位差来确定物体的形状。
2.3 散射测量原理散射是光学计测量计原理中的另一个重要方面。
通过测量光在物体表面发生的散射现象，可以获得物体的表面粗糙度、颗粒大小等参数。
散射测量主要利用光的散射强度和角度之间的关系来进行分析。
3. 光学计测量计的应用光学计测量计在工业生产、科学研究和医学诊断等领域具有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用场景：3.1 表面粗糙度测量光学计测量计可以通过测量光在物体表面的散射强度来评估物体的表面粗糙度。
这在许多工业领域中非常重要，例如金属加工、半导体制造等。
3.2 形状测量光学计测量计可以通过测量光波的相位差来获得被测对象的三维形状信息。
这在制造业中广泛应用于检测零件的形状精度和测量产品的尺寸。
3.3 光波导测量光波导是一种将光波导引到特定方向的器件。
光学计测量计可以用于测量光波导的传输损耗和耦合效率。
这在光纤通信领域具有重要应用。
3.4 光学薄膜测量光学计测量计可以用来测量光学薄膜的反射率、透射率和薄膜层厚度等参数。
这在光学器件制造和光学镀膜领域非常重要。
3.5 位移测量光学计测量计可以通过测量光波的位移来测量物体的位移或震动。
光回波损耗测试原理及误差分析
光回波损耗测试原理及误差分析引言:随着光纤通信的发展，高速光纤传输系统的广泛生产和应用（如SDH、大功率CATV 等），必须具有很高的回波损耗，DFB激光器由于其线宽窄，输出特性很容易受回波损耗的影响。
从而严重影响系统的性能，即使是普通的激光器，也会不同程度地受回波损耗的影响，因此，系统中各种光纤器件的回波损耗的测试变得越来越重要。
关键词: 回波损耗菲涅尔反射瑞利散射偏振敏感性匹配负载1．回波损耗测试基本原理当光传输在某一光器件中时，总有部分光被反射回来，光器件中回波主要由菲涅尔反射（由于折射率变化引起）、后向瑞利散射（杂质微粒引起）以及方向性等因素产生的，则该器件的回波损耗RL为：RL(dB)=－10lg(反射光功率/入射光功率) (1)回波损耗的测试方法有基于OTDR（OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思为光时域反射仪。
OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
）和光功率计测试两种,OTDR测试方法速度快、显示直观可获得反射点的空间分布，且不需要末端匹配（短光纤仍需匹配），但成本高，重要的是某些场合不能使用（例如：光探测器的回波损耗测试等），如美国RIFOCS688及日本NTT-AT的AR-301型回波损耗测试仪。
光功率计法主要将被测器件反射回来的光分离出来引导至光功率计，简单实用，应用范围广，使用时须进行末端匹配。
本文主要介绍光功率计法测试的原理。
光功率计法回波损耗测试基本原理框图如下：图1光功率计法基本原理框图激光经光模块注入到被测器件,反射光再经光模块引导至光功率计,测试方法分为4步：a．测试端连接校准件测出反射功率值P ref，若光源输出功率为PL，光模块衰减系数为k,校准件反射率为R ref，则：P rel= PL.k.R ref+P p (2)其中，P p为附加反射功率（指光模块内部及测试端连接器的反射等）b．测出附加反射功率P p：将测试端进行匹配，使得测试端反射功率为0，即可测出附加反射功率P p。
光纤传输损耗测试 实验报告
华侨大学工学院实验报告课程名称：光通信技术实验实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试学院：工学院专业班级：13光电*名：**学号：**********指导教师：***2016 年05 月日预 习 报 告一、 实验目的1）了解光纤损耗的定义2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗二、 实验仪器 20MHz 双踪示波器万用表 光功率计 电话机光纤跳线一组光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器）三、 实验原理光纤在波长λ处的衰减系数为()αλ，其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。
当长度为L 时，10()()lg (/)(0)P L dB km L P αλ=-（公式1.1） ITU-T G .650、G .651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。
本实验采用插入法测量光纤的损耗。
（1）截断法：（破坏性测量方法）截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。
在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。
该方法测试精度最高。
图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置（2）插入法插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。
显然，功率1P 、2P 的测量没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。
所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。
但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。
图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。
MF滤模器1212参考条件（a ）注入系统检测器测量系统（b ）图1.2 典型的插入损耗法测试装置图1.2（a ）情况下，首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤相连，测出功率1P 然后将待测光纤连到注入系统和接收系统之间，测出功率2P ，则被测光纤段的总衰减A 可由下式给出121210lg[()/()]()r A P P C C C dB λλ=+-- （公式1.2）式中r C 、1C 、2C 分别是在参考条件、实验条件下光纤输入端、输出端连接器的标称平均损耗值（dB ）。
实验八-单模光纤损耗测试实验
光纤光缆传输特性测试实验实验八单模光纤损耗测试实验一、实验目的1.学习单模光纤损耗的定义2.掌握单模光纤弯曲损耗测试方法二、实验内容1.测量单模光纤不同弯曲半径的损耗三、预备知识1.了解单模光纤的特点、特性四、实验仪器1.ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2.FC接口光功率计1台3.万用表1台4.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5.扰模器（可选）1台6.连接导线 20根五、实验原理在单模光纤中只传输LP01模, 没有多模光纤中各种模变换、模耦合及模衰减等问题, 因此其测量方法也与多模光纤有些不同。
对于单模光纤而言, 随着波长的增加, 其弯曲损耗也相应增大, 因此对1550nm波长的使用, 要特别注意弯曲损耗的问题。
随着光纤通信工程的发展, 最低衰减窗口1550nm波长区的通信必将得到广泛的运用。
CCITT对G.652光纤和G.653光纤在1550nm波长的弯曲损耗作了明确的规定:对G.652光纤, 用半径为37.5mm松绕100圈, 在1550nm波长测得的损耗增加应小于1dB；对G.653而言, 要求增加的损耗小于0.5dB。
图8-1 单模光纤弯曲损耗测试实验框图此处可不用扰模器, 可其它东西实现光纤的弯曲也可。
弯曲损耗的测量, 要求在具有较为稳定的光源条件下, 将几十米被测光纤耦合到测试系统中, 保持注入状态和接收端耦合状态不变的情况下, 分别测出松绕100圈前后的输出光功率P1和P2, 弯曲损耗可由下式计算得出。
)lg(1021P P A（8-1） 相同光纤, 传输相同波长光波信号, 弯曲半径不同时其损耗也必定不同, 同样, 对于相同光纤, 弯曲半径相同时, 传输不同光波信号, 其损耗也不同。
由于按照CCITT 标准, 光纤的弯曲损耗比较小, 在实验中采用减小弯曲半径的办法提高实验效果的明显性。
实验测试框图如图8-1所示。
即先测量1310nm 光纤通信系统光纤跳线没有进行缠绕时输出光功率P0, 再测单模光纤跳线按照图8-2中两种方法进行缠绕时的光功率P1和P2, 即可得到单模光纤传输1310nm 光波时的相对损耗值；同样, 组成1550nm 光纤传输系统, 重复上述操作即可得到单模光纤传输1550nm 光波时的相对损耗值。
光纤传输损耗的测量实验
光纤传输损耗的测量一. 实验目的和内容1・了解光纤传输损耗的特性及其测量方法.2.掌握用切断法测量光纤传输损耗的方法和技巧.二. 实验基本原理在光纤传输过程中，光信号能量损失的原因有本征的和非本征的，在实用中最关心的是它的传输总损耗。
已经提岀的测立光纤总损耗的方法有3种：切断法、插入损耗法和背向散射法。
波长为兄的光沿光纤传输距离L的衰减且^（久）（以dB为单位）泄义为4(兄)=io(1)式中戸，4分别是注入端和输出端的光功率。
对于一根均匀的光纤，可泄义单位长度（通常是1km）的衰减系数°（久）（以dB / km为单位），AW 101g（£/&）°（几）=L = L（2）光纤的衰减系数是一个与长度无关但与波长有关的参数。
衰减测量注入条件为获得精确、可重复的测量结果，由立义式（1）可见•测量时应保证光纤中功率分布是稳泄的，即满足稳态功率分布的条件。
实际的光纤由于存在各种不均匀性等因素，将引起模耦合.而不同的模的衰减和群速度都不同。
因此在多模传输的情况下，精确测量的主要问题是测量结果与注入条件、环境条件（应力、弯曲、微弯）有关。
实验表明：注入光通过光纤一定长度（耦合长度）后，可达“稳态”或“稳态模功率分布S这时模式功率分布就不再随注入条件和光纤长度而变，但在一般情况下对于质量较好且处于平直状态的光纤，其耦合长度也需要几公里。
因此在实际测疑中，对于短光纤一般用稳态模功率分布装置，或适当的光学系统，或有足够长的注入光纤，以获得稳态功率分布条件。
单模光纤因为只传导一个模，没有稳态模功率分布问题，所以衰减测量不需要扰模。
切断法这是直接严格按照怎义建立起来的测试方法。
在稳态注入条件下，首先测量整根光纤的输岀光功率巴（久）：然后，保持注入条件不变，在离注入端约2m处切断光纤，测量此短光纤输岀的光功率人（久），因其衰减可忽略，故人（几）可认为是被测光纤的注入光功率。
因此, 按定义式（1）和（2）就可计算出被测光纤的衰减和衰减系数。
实验1 光纤传输损耗测试
三、实验结果 当光纤损耗系数为 0.2dB/km 时 实验记录： 长度 （km）
接收端光功 率（mW） 接收端光功 率（dBm）
作图
输出功率/mW 输出功率/dBm
传输距离/km
传输距离/km
1、测量单模光纤不同长度的损耗
三、预备知识
1、了解单模光纤的特点、特性
二、实验原理
一段光纤的损耗由通过这段光纤的光功率损失来衡量。 在光纤中传输时其功率随着距 离的增加以指数衰减。 输出功率������ ������ 与输入功率������ 0 存在以下关系： ������ ������ = ������ 0 ������ −������������ 其中������为光纤损耗系数。 光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个至关重要的问题， 低损耗是实现远距离光通讯的 前提， 光纤损耗的原因十分复杂， 归结起来主要包括： 吸收损耗和散射损耗， 以及辐射损耗。 （1） 吸收损耗： 吸收损耗包括紫外吸收、 红外吸收和杂质吸收等， 它是材料本身所固有的， 因此是一种本征吸收损耗。 （2） 散射损耗：散射与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关。一般包括：瑞 利散射损耗、波导散射损耗和非线性损耗。 （3） 辐射损耗：光纤使用过程中，弯曲往往不可避免，在弯曲到一定的曲率半径时，就会 产生辐射损耗。
实验 1 光纤传输损耗测试
一、实验目的 1、掌握 optisystem 软件的简单操作、了解软件的元件库、掌握建立新的 project （新的工作界面） ； 2、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入 project、连线、搭建系统、掌握设置 参数、掌握软件的运行、观察结果、导出数据； 3、 学习单模光纤损耗的定义， 画出输出功率随传输距离的关系， 以及 mW 和 dBm 之间的单位换算。 二、实验内容
光纤传输损耗的测量
光纤传输损耗的测量实验人：林晔顺023012037 合作人：林宗祥 组号：A8【实验目的】1、 了解光纤传输损耗的特性及其测量方法。
2、 掌握用实验手段测量光纤传输损耗的方法和技巧。
【实验仪器】卤钨灯，透镜，单色仪，塑料光纤，光功率计【实验原理】衰减是光纤传输特性的重要参量，它的测量是光纤传输特性测量的重要内容之一，衰减直接影响光纤的传输效率。
波长为λ的光沿光纤传输一定距离的衰减()A λ为()()10lg()()in out P A P λλλ= （1）其中()in P λ为输入光功率，()out P λ为输出光功率。
衰减以dB 为单位。
对于均匀的光纤，单位长度的衰减可以定义为衰减系数()αλ()10lg()()()()in out P P A LLλλλαλ== （2）其中L 为光纤长度，光纤的衰减与波长和长度有关，而衰减系数仅由波长和光纤本身性质决定。
大多数传输线的光功率与其传输距离z 之间的关系是()()(0)zP z P eβλ-= （3）其中β是功率衰减系数，它是对自然对数定义的，所以与衰减系数()αλ相差一个常数lge （约为4.34）。
进行衰减测量，要获得精确、可重复的测量结果，测量时要保证光纤中功率分布是稳定的，既满足稳态功率分布的条件。
但实际的光纤由于各种不均匀性等原因，引起模耦合，而不同的模的衰减和群速度都不同。
因此在多模传输的情况下，精确测量的主要问题是测量结果与注入条件、环境条件（应力、弯曲、微弯）有关。
实验表明：主要让光通过光纤一定长度（耦合长度）后，可以达到“稳态”或者“稳态模功率分布”，这时模式功率分布就再不随注入条件和光纤长度而变化了。
但是在一般情况下对于质量较好且处于平直状态的光纤，起耦合长度也需要几公里。
所以在实际测量中，对于短光纤一般用稳态模功率分布装置，或适当的光学系统，或有足够长的注入光纤，以获得稳态功率分布条件。
测定光纤总损耗的方法有三种：切断法、插入损耗法和背向散射法。
光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法
光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法光通信用高速直接调制半导体激光器是光纤通信中常用的一种光源。
为了确保其性能稳定和可靠，需要对其进行一系列测量和测试。
以下是关于光通信用高速直接调制半导体激光器的50条测量方法，并进行详细描述：1. 光谱测量：使用光谱仪对激光器的输出光谱进行测量，以确定其中心波长和光谱纯度。
2. 输出功率测量：使用功率计测量激光器在给定电流和温度下的输出功率。
3. 波长调谐测试：控制激光器的温度和电流，测量其输出波长随温度和电流的变化情况。
4. 相位噪声测试：使用频谱分析仪测量激光器的相位噪声，以评估其可用于调制和解调的性能。
5. 调制带宽测试：通过测量激光器输出光的响应速度来评估其调制带宽。
6. 脉冲响应测试：通过输入脉冲信号，并测量激光器输出光的时间响应来评估其响应速度和脉冲特性。
7. 直接调制混频测试：将激光器输出光与微波信号混合，测量混频信号的特性，如幅度、频率和相位。
8. 噪声谐波测试：测量激光器输出光的噪声谐波情况，以评估其噪声特性。
9. 直接调制耦合效率测试：测量激光器输出光的耦合效率，即将光耦合到光纤中的能力。
10. 跳模测试：通过测量激光器输出光的跳模特性来评估其输出光的稳定性和功率峰值。
11. 温度稳定性测试：通过控制激光器的温度并测量输出光功率的变化来评估其温度稳定性。
12. 效率测试：测量激光器的效率，即输入电功率与输出光功率之间的比值。
13. 相位与频率特性测试：通过输入调制信号并测量其在激光器输出光中引起的相位和频率变化来评估其调制特性。
14. 灯丝电流测试：测量激光器灯丝电流以确定激光器的工作状态。
15. 泵浦电流测试：测量激光器泵浦电流以评估其性能和稳定性。
16. 泵浦功率测试：测量激光器泵浦功率以评估其工作状态和光输出特性。
17. 高温性能测试：将激光器暴露于高温环境中并测量其输出性能，以评估其高温运行能力。
18. 耐受性测试：测量激光器对温度变化、振动、湿度等外部环境因素的耐受能力。
光电子器件的光学设计与优化考核试卷
2.光电子器件中的LED，其发光波长主要由__________决定。
3.在光电子器件设计中，为了提高光耦合效率，常采用__________耦合器。
4.光电子器件中的光电探测器，其响应度定义为输出光生电子数目与入射光功率的__________比。
5. √
6. ×
7. ×
8. ×
9. √
10. √
五、主观题（参考）
1.激光器工作原理是基于受激辐射，影响性能的因素包括阈值电流、斜率效率、线宽增强因子等。
2.光波导设计基于全内反射原理，优化传输损耗和模式质量需考虑波导尺寸、材料选择和结构设计。
3.光开关基于光路切换原理，关键参数包括开关速度、插入损耗和回波损耗等。
9.以下哪种光电子器件主要用于光通信系统中的信号放大？（）
A.光纤激光器
B. EDFA（掺铒光纤放大器）
C.光开关
D.光调制器
10.在光电子器件的光学设计中，以下哪个因素会影响光波导的传输损耗？（）
A.波导宽度
B.波导长度
C.波导材料
D.以上都对
11.以下哪个过程在光电子器件的光学优化中属于数值优化方法？（）
A.温度变化
B.供电稳定性
C.老化效应
D.光学反馈
5.在光电子器件的光学优化中，以下哪些方法可以用来减少模式失真？（）
A.优化波导宽度
B.优化波导长度
C.引入光栅结构
D.改变波导材料
6.以下哪些参数是描述光电子器件中光电探测器性能的关键指标？（）
A.响应度
B.暗电流
C.带宽
D.灵敏度
7.以下哪些技术可以用于提高光电子器件中的光耦合效率？（）
实验二十七、光波导传输损耗的测量
实验二十七、光波导传输损耗的测量波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。
传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法（Cut-Off Method ）和滑动棱镜法（Prism Sliding Method ）在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题，难以获得广泛的应用。
采用CCD 数字成像器件，通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量，可计算得到波导的传输损耗，该方法具有无损、高精度快速测量等优点。
[实验目的]1． 了解CCD 数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路；2． 掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图像处理技术；3． 通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。
[实验仪器]1．半导体激光器（650nm ）、偏振棱镜、透镜；2．待测离子交换光波导片；3．数字成像器件CCD 和数据采集系统。
实验中使用的是自带视频信号输出的CCD 。
[预习提示]1．光波导的损耗有哪些？2．什么是数字滤波技术？[实验原理]损耗机理光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制；界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。
2．测量原理真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。
可以认为：某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。
整块波导是在特定条件下一次性制备，后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期图像处理中采用数字滤波技术加以消除。
因此，散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。
据此，可以采用数字成像器件CCD 对传输线上各点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。
3．图像噪声的消除在波导传输线静态数字照片上，对传输光强分布进行研究，发现波导杂散光十分明显，如图1，杂散光相当于噪声必须消除，否则将给传输衰减系数的计算带来很大的误差。
光波导工艺流程
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光波导实验
一、CBG型光波导测试仪主要用途CBG型光波导测试仪是一种用于科研和教学的光学仪器，它可用来演示光波导原理和光波导器件特性并准确测量介质薄膜参数，为光电子学科研单位和大专院校激光、应用物理、近代物理、无线电电子工程、光纤通讯薄膜光学及光学仪器等专业提供集成光学实验手段和薄膜参数测量手段。
仪器可用于如下各种实验:(1)用对称棱镜耦合器的光波导m线实验;(2)用直角棱镜耦合器的光波导输入和输出耦合实验;(3)由膜折射率确定介质薄膜的厚度、折射率和折射率分布;(4)金属包复光波导参数测量等。
用户若自己増加一些设备和附件，还能扩展仪器功能，可用来测量光波导的传播损耗和薄膜折射率色散等，并可用于电光、声光、磁光和非线性光波导器件实验及一些无源光波导器件实验。
仪器具有如下特点:(1)薄膜参数测量归结于耦合角测量，测量方便，准确度较高；(2)配有光具座和角度的投影放大读数系统，有利于教学实验；(3)配有同步角和零位角的光电对准装置，灵敏度较高，且因其光路屏蔽较好，不在暗室也能测量。
二、结构概述仪器的外形和结构示于图1。
它主要由固体激光器、偏振器、准直分束筒、测角转盘、探测电箱、导轨、支架等组成。
其中，前四个部件由支架固定在导轨上，用支架的定位平移和锁紧螺钉，使这些部件可以旋转、升降和沿导轨平移。
此外，激光器的支架还配有俯仰螺钉和转角螺钉用来调节水平和光轴。
1 半导体激光器 1.1夹具 1.2俯仰螺钉2偏振器3准直份束筒 3.1辅助透镜 3.2针孔垂直螺钉 3.3针孔平移螺钉 3.4零位探测器4测角转盘 4.1X-Y平移台 4.2X-Y平移手轮 4.3投影测微器 4.4测角照明灯 4.5 粗调手轮 4.6 微调手轮 4.7微调锁紧螺钉5探测电箱(内有零位电路板,M线电路板和直流电源)6导轨7支架侧与m线探测器及测角照明灯相连，右侧与激光器和零位探测器相连。
三、主要技术规格和技术参数1 固体激光器直流低压电源,其输出功率为1mw,最高5mw。
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实验二十七、光波导传输损耗的测量
波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。
传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法（Cut-Off Method ）和滑动棱镜法（Prism Sliding Method ）在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题，难以获得广泛的应用。
采用CCD 数字成像器件，通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量，可计算得到波导的传输损耗，该方法具有无损、高精度快速测量等优点。
[实验目的]
1． 了解CCD 数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路；
2． 掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图像处理技术；
3． 通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。
[实验仪器]
1．半导体激光器（650nm ）、偏振棱镜、透镜；
2．待测离子交换光波导片；
3．数字成像器件CCD 和数据采集系统。
实验中使用的是自带视频信号输出的CCD 。
[预习提示]
1．光波导的损耗有哪些？
2．什么是数字滤波技术？
[实验原理]
损耗机理
光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制；界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。
2．测量原理
真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。
可以认为：某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。
整块波导是在特定条件下一次性制备，后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期图像处理中采用数字滤波技术加以消除。
因此，散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。
据此，可以采用数字成像器件CCD 对传输线上各点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。
3．图像噪声的消除
在波导传输线静态数字照片上，对传输光强分布进行研究，发现波导杂散光十分明显，如图1，杂散光相当于噪声必须消除，否则将给传输衰减系数的计算带来很大的误差。
消除数字图像噪声的方法有很多种，本文采用的是均值滤波算法。
该算法相当于一个低通滤波器，图像上的每一点均被周围点的加权平均值来代替。
即：
R e l a t i v e I n t e n s i t y
(2.1)
ν (m ，n )和y (m ，n )分别是处理前和处理后的图像， W 是一个确定大小的窗口，a (k ，l )是各点的权重函数。
通常的空间均值滤波对各点设置相同的权重，由(2.1)可得
(2.2) 即：(,)1w a k l N =,w N 是窗口W 中的像素数目。
对应于窗口大小为3的空间均值滤波掩模图如
图2。
4．传输损耗的计算
经过空间均值滤波的处理，得到了一条传输衰减曲线。
有损耗的导模功率随传播距离的衰减可表示为：
(2.3)
其中P 0是z=0处的初始入射光强，P z 是z=z 处的传输光强，衰减系数α定义为：
(2.4)
(2.5)
L 就是所关心的光波导传输损耗。
因此我们所需要拟合的是一条指数衰减曲线。
通过参数变换，可将非线性回归转化为线性回归，设待拟合曲线方程为：
(2.6)
令：
(2.7)
则：
(2.8)
根据线性回归的回归系数计算公式计算出a ’、b ’后，即可得到待定系数a 、b ，从而计算出传输衰减系数。
图2 空间均值滤波掩模(,)a k l
[仪器结构]
CCD 摄像头介绍
电荷耦合器件（Charge Coupled Device ）简称CCD 。
它是七十年代以来发展起来的一种新型高集成度半导体器件。
其基本结构是紧密排列的MOS 电容阵列。
工作时，这种MOS 电容在时序脉冲的作用下，实现电荷的存储和转移。
CCD 具有工作电压低、功耗小、体积小、抗电磁能力干扰强、噪声低、灵敏度高等一系列特点，在摄像、模拟信号处理和数字存储等领域发挥着日益重要的作用。
CCD 的主要应用之一是作为固体成像器件，其成像原理如下。
光子入射于CCD 阵列上产生电子－空穴对，电子在存储电极的作用下，会聚成电荷包，电荷包的分布与景物光强成正比，相当于把外景成像在器件上。
当时钟脉冲电压加到电极上时，电荷包从一个存储单元转移到另一个存储单元，并从输出二极管依次输出。
CCD 的这种自扫描特性使得只需定时加入行同步和帧同步信号就可以实现实时的视频信号输出，从而达到摄像的目的。
[实验内容与测量]
为了能够更方便地进行波导传输损耗的测量，本实验设计了一个专用测量软件如图4所示。
该软件把数字图像处理、衰减曲线拟合及波导损耗计算集成在一起，对波导传输损耗进行测量。
图3 光波导传输损耗测量计算机工作界面
图3 实验系统与光路
1．波导传输线的调整
实验光路如图3，调整光路，区分传输模和辐射模的不同，调出波导的传输模。
2．波导传输线拍摄
用CCD对波导内传输线进行拍摄。
CCD把拍摄到的景物转换成视频信号输出，图像采集卡对信号进行帧提取，并以数据文件的形式存储在计算机的硬盘上。
图像板还能对输入信号进行实时处理并回显，为拍摄提供了监视手段，这一切都是利用软件通过对端口编程来实现的。
3．图像的定标
将保存的波导传输线静态数字照片调出，在波导传输线上选中两点，测量两点间对应的波导片上的距离，输入计算机。
4．图像噪声的消除
在波导传输线静态数字照片上，对传输线的光强分布进行滤波，消除波导杂散光带来的噪声，减少传输衰减系数的计算带误差。
用鼠标选定传输线滤波的范围，点击“滤波”菜单按钮，计算机采用均值滤波算法依照程序对图像进行滤波处理，消除图像的噪声。
5．传输损耗的计算
点击“分布”菜单按钮，提取已经过滤波的选定图像的光强分布，测量程序采用线性回归方法给出回归系数和波导的传输损耗。
注意事项
1. 入射光束不可太弱也不宜过强。
光束太弱，传输线亮度太低，有可能低于CCD的阈值光强或被背景噪声淹没。
光束过强，有可能使CCD的响应饱和，影响拟合精度；
2. CCD探头不宜离波导太近，否则探头通过波导的玻璃衬底所成像也会被拍摄下来，从而带来不必要的噪声。
CCD除镜头外最好用黑布包裹，减小反射光干扰；
3. 在靠近棱镜与波导的耦合点附近，由于散射光特别强，传输线显得又粗又亮。
这显然不能真实反映波导内部光场强度，因此最好用黑纸条将这一部分遮起来。
思考题
1.光波传输损耗有哪些因素引起的？
答：①波导的材料的散射和吸收引起的损耗。
②基片的表面光洁度受抛光工艺的限制，界面的不规则导致导模与辐射横向的
耦合而引起的损耗。
③波导表面弯曲引起能量辐射造成损耗。
2.如何在实验中区分辐射摸和导模在波导片产生的亮线？
答：其实波导由于界面不平整以及波导内部杂志散射体导模转变为辐射模。
散射光强只和该处的实验传输光强线成正比，可以采用数字合成器中ccd对传输线上各点的散射光强进行记录转换成内部传输光强拟合出传输衰减成曲线并计算衰减读数。
心得体会：
通过实验学会了如何使用ccd数字成像法测量波导传输损耗的原理和测量光路的调整，掌握了用去除散射噪声的中值滤波图像处理技术，知道怎么用拟合传输曲线计算衰减导数。