光纤实验讲义_第二版

光纤技术实验讲义

曾维友编

审

湖北汽车工业学院

目录

实验一光纤基本实验 (1)

实验二多模光纤NA测量和光纤传输损耗测量 (5)

实验三光纤分束器、衰减器及隔离器参数测量 (9)

实验四半导体激光器/发光二极管特性测试 (13)

实验五数字信号光纤传输实验 (19)

实验六模拟信号光纤传输和电话语音光纤传输 (24)

实验七时分复用和波分复用 (28)

实验八图像光纤传输与系统眼图抖动实验 (39)

实验九计算机自环光纤通讯实验 (45)

实验十图像、声音单/双光纤传输实验 (48)

实验十一光纤活动连接器、光波分复用器 (50)

实验十二多路数据+1路图像单/双光纤传输实验 (58)

实验十三光纤传感器设计与应用实验 (69)

实验十四光纤线路接口码型HDB3编译码实验 (73)

附录A THKEGC-2型实验箱接口定义 (79)

附录B ZY12OFCom23BH1开关、电位器功能说明 (82)

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、通过具体演示，使实验者对光纤光学有基本的认识，为以后的实验打下基础；

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、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系；

4、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

光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台

SGN-1光功率计 1台

光纤切割刀 1套

光纤熔接机TYPE-39 1台

633nm单模、多模光纤 1米

普通通信光纤跳线 3米

手持式光源 1台

手持式光功率计 1台

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 的分布，远场分布与光纤的数值孔径有关。

光纤与光源的耦合方法分为直接耦合和用聚光器件耦合两种。直接耦合是使光纤直接对准光源接收光功率，这种方法的操作过程是：将用专用设备切制并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，调整位置使光纤输出光功率最大，然后将其固定。这种方法结构简单，成本低廉，但耦合效率通常比较低。

聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。用聚光器件耦合是将光源发出的光通过聚光

器件将其聚焦到光纤端面上，并调整位置使光纤输出光功率最大。这种耦合方法由于对光源的输出光束进行了变换，使之能与光纤匹配，因而可以提高耦合效率。

耦合效率由下式定义：

()221

1

100% 10log

P P dB P P ηη=

⨯=-或 (1-1)

式中P 2为耦合进光纤的光功率（近似为光纤的输出光功率），P 1为光源的输出光功率。

光纤焊接是所有光纤接头技术中性能最稳定，应用最普遍的一种。在光纤熔焊中，一般是首先剥除光纤的保护涂层，然后利用刻痕拉断法处理光纤端面，再调节光纤使其相互对准，最后用电弧、等离子焊枪或氢氧焊枪对准光纤接合部位加热，使两根光纤熔接。利用熔焊技术可以得到损耗很低的光纤接头，对于芯径为50μm 的多模光纤其一般的平均连接损耗在0.02dB 左右；对于单模光纤连接损耗也可降至0.05dB 。当然，焊接质量还与操作者的个人技术及光纤横向错位有关。

五、实验步骤

1、观察光纤基模场远场分布

取一根长约1米的633nm 单模光纤，剥去其两端的涂覆层，用光纤切割刀切制光纤端面，然后由物镜将激光从任一端面耦合进光纤，用白屏接收光纤输出端的光斑，观察光场分布，如图1-1所示。其中，光斑中心亮的部分对应纤芯中的模场，外围对应包层中的场分布。

光纤支架

白屏

镜

图1-1 光纤基模场远场分布

2、观察多模光纤输出的近场与远场分布

取一根普通通信光纤（相对于633nm 为多模），参照演示1的操作步骤，将He-Ne 激光器的输出光束经耦合器耦合进光纤，用白屏接收出射光斑，分别观察其近场和远场图案。

3、观察光纤输出功率与光纤弯曲（所绕圈数与圈半径）的关系

取一根3米长的普通通信光纤（有FC/PC 接口），用其连接手持式光源与手持式光功率计，记录功率计读数；将光纤绕于手上，观察光纤输出功率与所绕圈数及圈半径大小的半系。

4、光纤与光源的直接耦合

先直接测量出激光器的输出功率P 1；然后切制并处理好光纤输出端面；将处理好的光纤按图1-2进行耦合操作，测量输出功率P 2；根据式（1-1）计算耦合效率，并对自己的工作进行评估。

光纤

图1-2光纤与光源直接耦合示意图

5、光纤与光源用透镜系统耦合

切制处理好光纤光学端面，然后按图1-3进行耦合操作，测量输出功率P2，根据式（1-1）计算耦合效率，并对自己的工作进行评估。

光纤耦合架

透

镜

图1-3透镜耦合原理示意图

6、光纤的熔接

操作步骤如下：

(1)接通TYPE-39电源，检查其状态；

(2)用剥线钳剥去光纤涂覆层，剥去长度为40mm，同样剥去另一根光纤的涂覆层；

(3)用浸满高纯度酒精的纱布，自涂覆与裸光纤的交界面开始，朝裸光纤方向，一边按圆周方向旋转，一边清扫涂覆层的碎屑；

(4)使用光纤切割刀（FC-6S）切割光纤，切断长度为8～16mm。不要用纱布等物品清洁已切割好的光纤，同时为防止划伤或弄脏光纤断面，准备工作结束后，应尽快将光纤放置在TYPE-39上；

(5)用同样的方法处理好另一根光纤，并将其放置在TYPE-39上，然后合上TYPE-39的防风盖；

(6)为实现低损耗、稳定性高的光纤熔接，在正式开始接续前要进行放电试验，熔接机会根据光纤熔量自动设定放电强度；

(7)将保护套管插进光纤，然后按（2）～（5）的步骤作正式接续准备；

(8)正式接续；

(9)对熔接质量进行评价，对不合格的再次接续；

(10)对接续部位加热补强，最后对保护套管收缩质量进行评价，如没有出现未收缩、气泡、涂覆位置等方面的问题时，光纤的熔接就完成了。

六、数据处理

1、分析光纤输出功率与光纤弯曲的关系；

2、计算直接耦合和透镜耦合的效率，比较、评估两种耦合方法；

3、根据自己熔接光纤的操作过程，叙述切制光纤端面的步骤，并对熔接机的操作进行