光纤与光源耦合方法实验

光纤与光源耦合方法实验

一.实验目的

初步掌握光纤切割技术，光纤与光源耦合技术，体会透镜数值孔径对耦合效率的影响。

二.实验原理

光纤作为无源器件，是光纤传感器中基本组成部分。其端面处质量的好坏直接影响与光源耦合的效率及光信号的采集。

光纤端面的处理可分为两种形式，即平面纤头和透镜牵头，本次实验主要是平面光纤头的制作。

光耦合是将光源发出的光，注入到光纤中的一个过程。光耦合效率与光纤端面质量和耦合透镜的是指孔径有关，当光纤端面处理的质量较好，其数值孔径与耦合透镜数值孔径相匹配时可得到最佳耦合效率。

耦合方法

光纤与光源的耦合有直接耦合和经聚光器件耦合两种。聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。自聚焦透镜的外形为“棒”形（圆柱体），所以也称之为自聚焦棒。实际上，它是折射率分布指数为2（即抛物线型）的渐变型光纤棒的一小段。

自聚焦透镜

自聚焦透镜又称梯度折射率透镜，是指其内部的折射率分布沿径向逐渐减小的柱状透镜。由于梯度折射率透镜具有端面准直、耦合和成像特性，加上它圆柱状小巧的外形特点，可以在多种不同的微型光学系统中使用更加方便。并在集成光学领域如微型光学系统、医用光学仪器、光学复印机、传真机、扫描仪等设备有着广泛的应用。

梯度折射率透镜是光通讯无源器件中必不可少的基础元器件。应用于要求聚焦和准直功能的各种场合，被分别使用在光耦合器、准直器、光隔离器、光开关、激光器等方面。

直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。这种方法的操作过程是：将用专用设备使切制好并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，并将其调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大），然后固定其相对位置。这种方法简单，可靠，但必须有专用设备。如果光源输出光束的横截面面积大于纤芯的横截面面积，

将引起较大的耦合损耗。

经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，并调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大）。这种耦合方法能提高耦合效率。耦合效率η的计算公式为

%1002

1⨯=

p p η ， 或 )(lg 1021

dB p p -=η 式子中P 1为耦合进光纤的光功率（近似为光纤的输出光功率）。P 2为光源输出的光功率。 光耦合原理如图所示

聚焦透镜 五维调整架

三.实验仪器用具

主机﹑GY-24型He-Ne 激光器1台﹑WGN-1型激光功率指示仪1台﹑光纤切割刀1把﹑多模光纤1段﹑酒精灯1个﹑镜头纸1本。 四.实验内容及步骤

a) 实验内容：切割光前端面；测量耦合效率。 b) 实验步骤： 1.剪一段多模光纤；

2.用剥线钳剥去涂敷层，用镜头纸蘸取适量酒精擦干净剥出的裸纤；

3.用光纤切割刀在裸光纤外壁上轻刻一小口，然后轻轻敲断，端面应垂直，无毛刺；

4.将切好的光纤夹持在光纤卡头上，然后将光纤卡头放进五维调整架中；

5.打开He-Ne 激光器，预热几分钟，用激光功率指示仪测量激光器的输出功率0p ，并记下0p 数值；

6.将光路调整至于主机箱上板平行，同时调整10×显微物镜与光路同轴；调整五维调整架，让激光通过10×显微物镜汇聚后打在光纤的端面上，使光耦合进光纤。观察另一端输出情况，并用激光功率指示仪测量输出功率f P 的数值。

7.将0p ﹑f P 的值代入公式，计算耦合功率。 五.实验报告要求