光斑法测量数值孔径NA
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。
光斑法测光纤NA
• 端面抛光
把抛光材料放在平整的水平面上，一手拿光纤 ，另一手拿抛光材料表面，使端面与抛光材料表 面垂直，然后抛光光纤，要求光纤轨迹是圆，并 且先顺(逆）时针后逆（顺）时针运动；
实验步骤
打开半导体激光器电源，校正实验系统；
测试输出孔径角；
计算光纤数值孔径；
关掉He-Ne激光器电源，实验结束；
实验装置：半导体激光器及电源、读数旋转平台、 光纤微调架、游标卡尺、观察屏实验系统如下
实验目的
1学会光纤端面处理技术
2学会光斑的调试，掌握光纤与光源的耦合 方法 3了解并掌握远场光斑测量光线数值孔径的 方法 4了解光纤数值孔径的物理意义
一数值孔径定义
数值孔径是多模光纤的一个重要光学参数，它表征多模光纤集光能力大 小及与光源相和难易程度，同时对连接损耗、微弯损耗、宏弯损耗、 衰减温度特性和传输带宽都有影响。通常，根据折射率分布测量方法 将数值孔径定义如下： 根据光纤折射率分布得出的最大理论数值孔径定义：
步骤
• 将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较 • •
小，单根处理不仅效率低而且端面质量不好。） 端面研磨（一般都要经过二道基本工序：粗磨、 精磨。） 端面抛光（对于光纤应用而言，比如光纤传感和 光纤照明，光纤端面抛光非常重要。）
端面研磨方法：
把砂纸放在平整的水平面上，一手那光纤，另一手按住砂纸，使端面 与砂纸垂直，然后研磨光纤，纤粗磨再精磨，要求光纤轨迹是圆，并且 先顺（逆）时针后逆（顺）时针运动；
n1——光纤芯的最大折射率 N2——包层的折射率
1.最大理论数值孔径NAth
2.远场数值孔径NAff
2）远场数值孔径NAff 远场数值孔径是通过测量光纤远场分布确定的。远场数 值孔径NAff的定义为光线远场辐射图上光强下降到最大5%的 半角的正弦值。
实验1-1光纤数值孔径（NA）性质和测量实验
实验1-1 光纤数值孔径（NA ）性质和测量实验一、 实验目的1、 熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义2、 掌握测量光纤数值孔径的基本方法二、 实验原理和设备光纤数值孔径（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。
图一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。
NA 的定义式是0sin NA n θ==式中0n 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。
1n 和2n 分别为光纤纤芯和包层的折射率。
光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径m NA 有如下关系：NA m Sin *=καθ其中θ是远场辐射角，Ka 是比例因子，由下式给出：[])0(/)(2/1P P g θκα-=式中P （0）与P （θ）分别为θ=0和θ=θ处远场辐射功率，g 为光纤折射率分布参数。
计算结果表明，若取P （θ）/P （0）=5%，在g ≥2时Ka 的值大于0.975。
因此可将对应于P （θ）曲线上光功率下降到中心值5%处的角度θe ，其正弦值定义为光纤的数值孔径，并称之为有效数值孔径： e eff NA θsin =本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、实验装置He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计四、实验步骤方法一： 1、He-Ne激光器和光功率计的电源，调整实验系统；a．调整He-Ne激光管，使激光束平行于实验平台面；b．调整旋转台，使He-Ne激光束通过旋转轴线(读数旋转台轴线与光纤所在面交点已在旋转台上标出)；c．取待测光纤，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端与光探测器相连；d．仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线上．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，并辅助调节旋转台使光纤的输出功率最大。
光纤数值孔径推导过程
光纤数值孔径推导过程
（实用版）
目录
1.光纤数值孔径的概念及重要性
2.光纤数值孔径的推导过程
3.影响光纤数值孔径的因素
4.光纤数值孔径的测量方法
5.结论
正文
一、光纤数值孔径的概念及重要性
光纤数值孔径（Numerical Aperture，简称 NA）是光纤光学中的一个重要参数，它反映了光纤对光的收集能力以及与光源耦合的难易程度。
数值孔径对连接损耗、微弯损耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响，因此对于光纤的传输性能研究和应用具有重要意义。
二、光纤数值孔径的推导过程
光纤数值孔径的推导过程主要基于光纤的光学原理，其数值孔径可以由下式计算得出：
A = k * (n1 - n2) / (2 * n1)
其中，k 是一个常数，n1 和 n2 分别表示光纤纤芯和包层的折射率。
在实际应用中，通常采用已知数值孔径的光纤进行标定，从而得到 k 值。
三、影响光纤数值孔径的因素
光纤数值孔径主要受纤芯和包层之间的折射率差值、纤芯半径、光纤的长度等因素影响。
折射率差值越大，数值孔径越大；纤芯半径越大，数值孔径越大；光纤长度越长，数值孔径越小。
四、光纤数值孔径的测量方法
光纤数值孔径的测量方法有多种，其中较为简单易行的方法是远场光斑法。
该方法的原理是在暗室中将光纤出射远场投影到有坐标格的屏幕上，用数格子的办法测出光斑直径 d，然后通过公式 NA = k * (n1 - n2) / (2 * n1) 计算得出数值孔径。
五、结论
光纤数值孔径是光纤光学中一个重要的参数，它对光纤的传输性能和应用具有重要意义。
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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。
光纤的模场分布
聚焦透镜 五维调整架 光纤支架
半导体准直激光器
电控转台
待测光纤
图 二 光 纤 数 值 孔 径 的 测 量 系 统 (一 ）
取一个屏，测量光斑直径大小 D 和光纤端面与屏的距离 L θo=arctan[D/（2L）] f. 用计算机控制转台转动，带动探测器，测量光强与角度的关系模场分布 曲线。根据公式也可算出数值孔径的大小； e.
聚焦透镜 五维调整架
长波FC法兰
光纤支架
激光器
待测光纤
探测器
图三 光纤数值孔径的测量系统(二）
2、 用光纤输出半导体激光器代替光纤，测量半导体激光器输出光纤的模场分布， 计算数值孔径。
四、实验数据和记录
表（1）方法一 测量所得的实验数据和结果 测量参数 光斑直径 W（mm） 屏与光纤端头距离 L（mm） 数值孔径角 θo=arctan[D/(2L)] 光纤数值孔径 opy 回去，并计算数值孔径大小。 光纤 半导体激光器输出
自由空间 θc
接收光 锥范围
纤芯
图一、光纤最大接收角和接收光锥示意图
θ ma x
包层
NA 的定义式是
NA
no*Sinθ=
n n
2 1
2 2
式中 no 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。n1 和 n2 分别为光纤纤芯和包层的折 射率。光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径 NAm 有如下关系：
-1-
曲线上光功率下降到中心值的 5%处的角度θe 的正弦值定义为光纤的数值孔径， 称之为有效 数值孔径：
NAeff sin e
本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、实验内容
本实验装置包括：光纤输出半导体激光器，多模光纤，半导体光源、五维调整架，电控 转台，电控制箱，计算机、光电探测器 1、 准直激光器和耦合系统 a． 调整半导体激光器，使激光束平行于实验平台面； b． 调整耦合透镜，使透镜出射光束主轴不变； c． 取待测光纤，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端与光 电控转台中心相连； d． 仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于透镜焦点上，仔细调节使光 纤的输出功率最大。
光刻 数值孔径
光刻数值孔径
光刻的数值孔径（Numerical Aperture，简称NA）是一个反映
物镜镜头最大孔径有效大小的数值。
在光刻技术中，数值孔径决定了光刻系统的分辨率和焦深。
数值孔径与光的折射率和空气与物体的介质之间的界面共同决定。
数值孔径的计算公式如下：
NA = n * sin(θ)
其中，n是物镜的折射率，θ是光线进入物镜时的入射角。
数值孔径越大，物镜的分辨率越高，能够获得更小的特征尺寸。
然而，较大的数值孔径也会导致焦深变浅，即仅有少量光线能够保持焦点，限制了光刻的加工厚度范围。
因此，在光刻技术中，需要根据具体需要平衡分辨率和焦深的要求，选择适当的数值孔径。
高精度光刻通常使用高数值孔径的物镜，而大面积加工或需要较大焦深的光刻则使用较小数值孔径的物镜。
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。
光斑光强渐变测量通信光纤数值孔径
第35卷，增刊红外与激光工程2006年l o月翌!：j i!兰型!竺竺!!翌墅型竺璺兰苎!!：墅量121：翌塑211：!!!!光斑光强渐变测量通信光纤数值孔径赵小兰(华南理工大学电子与信息学院，广东广州510640)摘要：数值孔径N A(N啪er i cal A pe咖r e)是通信光纤的一个重要光学参数，表征了光纤的集光能力．它与光纤传输系数的计量有密切关系，对通信光纤的传输带宽有很大影响．光纤数值孔径的测量方法有多种，丈中设计了一种用于通信光纤数值孔径快速测量的装置，该装置包括光源、刻度旋转台、微调机构及数字仪表等单元，测量基于光斑光强渐变机理，根据仪表显示值在临界点突变可确定被测光纤的数值孔径，实验表明该装置测量稳定可靠，多次测量平均值的重复性优于2％．关键词：通信光纤；数值孔径；光斑渐变法中图分类号：T N253文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增B．0132．03M ea sur em e nt num er i ca l aper t ur e of t he opt i c al f i be r s f brt e l ec om m uni cat i ons ba sed on t he l i ght i nt ens i锣of l i ght s pot sZ H A OX i ao．1a n(Sch酬ofE I∞t m ni c锄d I n斯m at i叽Engi nc丽ng'Sout h chi na U niv．of l砒．，G u蛐g Z ho u510640，c}Ii眦)m eas嘲髓t N um er i ca l A p咖r e of t lle opt i ca l f i b er sA bst r act：D es i gn ed t lle equi pm ent f or f astcom nm ni c at i ons based on t he l i g ht i nt e nsi t y of Li gl l t s pot s．The m easl l r em el l t m e t hod t o a com bi n at i on of fa ct or S，w e haV e des i gned a f i b er com m uni cat i on，w hi ch con si s t s of1am p．hous e，reV ol V i ng pl a t fonn i nc l udi ng a sc al e，a n i nch m g m achi l l e，and a num er al m et er et c．The m ea sur e m ent f-Ⅸes on t he N um er i cal A per t u r e of t he opt i cal f i b er s ba si s of t he br eak of m e sho w val ue of t he i ns讥m l ent洫t he cnt i ca l poi nt．T he experi m ent al c oncl usi on i ndi ca t e d t ha t t he equi pm ent have hi gh r eli a_bi l i妙The r印ea t abi l i t y of t l l e e V e n I l e ss of也e r印et i t i ous m e鳓l r e扭ent exceeds oV er2％．K ey w or ds：opt i c al Fi b er s；N um er i c al A pcnI n．e；M eas ur伽l哪O引言数值孔径是表征通信光纤性能的一个重要参量。
光纤实验一
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、学习光纤数值孔径（NA ）的含义, 掌握光纤数值孔径的测量方法；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、运用远场光斑法测量多模光纤的数值孔径；4、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系；5、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 光纤切割刀1套 光纤实验系统SGQ-3/SGQ-4 1台 光纤熔接机TYPE-391台 SGN-1光功率计1台 633nm 单模、多模光纤 1米 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φ的分布，远场分布与光纤的数值孔径有关。
数值孔径（NA ）是光纤的一个重要参数，它表示光纤聚光能力的大小及与光源耦合的难易程度。
光纤的NA 值越大，光纤收集、传输光能的本领也越大；但NA 值增大，会减小光纤的带宽及传输速率，因此设计光纤时应综合考虑，选取比较合适的数值孔径。
光纤数值孔径的定义有多种形式，最大理论数值孔径m ax,t N A 和远场强度有效数值孔径eff N A 是其中的两种。
最大理论数值孔径定义为：max,0max,sin t t NA n n θ==≈ (1-1) 式中m ax ,t θ为光纤允许的最大入射角，0n 为周围介质的折射率，1n 和2n 分别为光纤纤芯中心和包层的折射率，()121n n n ∆=-为相对折射率差。
光纤信息实验
实验十一光纤光学基本知识演示实验目的：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。
实验仪器：光纤干涉演示仪1台（633nm单模分束器1个，温度控制系统，压力控制系统，光纤耦合架1个；SZ-42型调整架1个，光纤架1个，SZ-13C型调整架1个），GY-10型He-Ne激光器1套，手持式光源1台，SGN-1光能量指示仪1台，手持式光功率计1台，633nm单模光纤1m，普通通信光纤跳线3m，光纤切割刀1套。
实验内容：1．观察光纤基模场远场分布取一根约1m长的633nm单模光纤，剥去其两端的涂敷层，用光纤切割刀切制光学端面，然后参照图11示意，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。
其中，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。
2．观察光纤输出的近场和远场图案取一根普通通信光纤（单模、多模皆可，相对633nm为多模光纤），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入光纤，用白屏接收出射光斑，分别观察其近场和远场图案。
3．观察光纤输出功率和光纤弯曲（所绕圈数及圈半径）的关系取一根约3m长的普通通信光纤（为方便起见，可带FC/PC接头），将光源输出的光耦合进光纤，由手持式光功率计检测光纤输出光的功率，并记录此时的功率读数；将光纤绕于手上，改变绕的圈数和圈半径，观察并分析光纤输出功率与所绕圈数及圈半径大小的关系。
实验十二光纤与光源耦合方法实验实验目的：1．学习光纤与光源耦合方法的原理。
2．实验操作光纤与光源耦合。
实验仪器：光纤干涉演示仪1台，GY-10型He-Ne激光器1套，SGN-1光能量指示仪1台，633nm单模光纤1m，光纤切割刀1套。
实验内容：1．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。
光斑法测光纤NA
把抛光材料放在平整的水平面上，一手拿光纤 ，另一手拿抛光材料表面，使端面与抛光材料表 面垂直，然后抛光光纤，要求光纤轨迹是圆，并 且先顺(逆）时针后逆（顺）时针运动；
实验步骤
打开半导体激光器电源，校正实验系统； 测试输出孔径角； 计算光纤数值孔径； 关掉He-Ne激光器电源，实验结束；
与激光束耦合，另一端对准观察屏； （4）调节光纤微调架上的聚焦透镜，使透镜出光光速尽可能细，且使光
束耦合进入光纤； （5）仔细调整5维光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台轴心线上，
并辅助调节调节架各部分装置，是光纤输出功率最大，衡量标准是观 察屏上出现一个很亮、圆形、红色光斑； （6）当光纤出光端比较亮时，不要长时间直视光纤出光端，以免伤害眼 睛；
实验装置：半导体激光器及电源、读数旋转平台、
光纤微调架、游标卡尺、观察屏实验系统如下 图
测量步骤：对上图做粗略的估测，在暗室中将 光纤出射的远场通过坐标格投影到观察屏上， 测量出射光纤到观察屏的距离L和光斑直径D 而求得
1.打开半导体激光器电源，校正实验系 统
（1）调整半导体激光器，使激光束平行于实验台前； （2）调整旋转台，使半导体激光器发出的激光束通过旋转轴线； （3）取待测光纤，处理光纤两端面之后，一端经旋转台上的光纤微调架
2.测试输出孔径角
（1）固定光纤输出端； （2）置遮光屏距光纤输出端L处，则在遮光屏上显示出光纤 输出光斑，其直径为D； （3）用游标卡尺准确测量L和D的值（测量多次取平均值）， 则得输出孔径角为
3.计算光纤数值孔径：
4.光掉He-Ne激光器电源，实验结束。
A
THANK YOU!
C
步骤
• 将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较
数值孔径计的基本原理
数值孔径计的基本原理数值孔径计是一种用于测量光学系统分辨能力的仪器。
它的基本原理是通过测量光学系统的点扩散函数（PSF）来计算得到数值孔径（NA）值。
数值孔径是一个无单位的参数，它代表了光学系统的分辨能力。
在光学系统中，当入射光通过透镜或物镜时，会受到衍射的影响。
衍射会导致光斑的扩散，从而降低系统的分辨能力。
数值孔径就是用来描述光学系统对入射光的聚焦能力和分辨能力的指标。
数值孔径的计算基于光学系统中的点扩散函数。
点扩散函数是一个用来描述光学系统对点光源的成像效果的函数。
在理想情况下，光学系统对点光源的成像应该是一个非常小且锐利的光斑。
然而，在实际情况下，由于衍射的影响，光斑会变得模糊并扩散开来。
为了测量点扩散函数，数值孔径计通常使用一个非常小的光斑作为测试样本。
这个光斑可以是一个点光源或者一个非常小的孔径。
当光斑通过光学系统时，它会被系统成像并形成一个光斑。
通过测量这个光斑的强度分布，可以得到点扩散函数。
数值孔径的计算是基于点扩散函数的强度分布的。
在点扩散函数的强度分布图中，可以观察到中央亮斑和周围的衍射环。
数值孔径的值可以通过测量中央亮斑的直径和测量波长来计算得到。
具体计算方法可以使用Abbe公式或Rayleigh判别准则。
在实际应用中，数值孔径计可以用于评估光学系统的分辨能力。
较高的数值孔径意味着更好的分辨能力，可以获得更清晰和更锐利的图像。
因此，数值孔径计在光学系统的设计和优化中具有重要的作用。
数值孔径计是一种基于点扩散函数的测量仪器，用于评估光学系统的分辨能力。
通过测量点扩散函数的强度分布，可以计算得到数值孔径的值，从而评估光学系统的性能。
数值孔径计在光学系统的设计和优化中起着重要的作用，可以帮助提高图像的清晰度和分辨能力。
光纤通信实验报告1122112
光纤通信[摘要]本实验通过在光学平台上对光纤特性的研究，从而得到光源与塑料光纤的耦合效率为0.609，又利用“截断法”测得光纤损耗系数为507.3dB/km。
之后由光的折射定律和光的全反射以及在输出端测量数值孔径的“远场光斑法”，测出商务光纤的数值孔径NA为0.123。
接着利用光的干涉原理研究光纤温度传感器是一种相位调制型光纤传感器。
最后使用通信电路板和示波器观察通信系统中各部信号变化，模拟语音电话光通信。
[关键词]光纤全反射光纤温度传感器光纤耦合一、[引言]光线是光导纤维的简称。
它是工作在光波波段的一种介质波导，它能利用光学全反射原理将光的能量约束在波导界面内，并引导光波沿着光纤轴线方向传播。
1966年，华裔科学家高锟博士发表的《光频率的介质纤维表面波导》论文中首次明确提出“只要设法降低玻璃纤维中的杂质，就能够获得能用于通信的、传输损耗较低的光导纤维”。
1970年，美国康宁玻璃公司率先研制成功了损耗为20dB/km的石英光纤，实现了高锟的想法。
如今光纤的损耗已经可以达到0.2dB/km。
没有光纤就没有今天的互联网时代。
光纤通讯之所以发展迅猛，主要源于它具有以下几个特点：通信用量大、传输距离远；信号串扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量佳；光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；材料来源丰富，节约了大量有色金属铜；耐化学腐蚀，光缆适应性强，寿命长。
光纤除了在现代通信系统中有着重要的应用外，在传感器技术方面，也有着独特的优势。
本实验的目的是：了解光纤光学的基础知识；学习测量光线数值孔径和损耗特性的方法；了解光纤温度传感器的工作原理；了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。
二、[实验原理]1．光纤的构造：光纤主要由纤芯、包层、涂敷层及套塑四部分构成。
2．光纤的模式：光纤的模式分为矢量模和标量模两大类。
m=0,1,2,3,…n=1,2,3,4,…下标m表示该模式的场分量沿光纤横截面圆周方向的最大值有m对；下标n表示该模式下的场强分量沿光纤横截面径向有n对最大值。
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四、实验有收获！
通过此次实验，使我们深刻地了解了解光 纤数值孔径的物理意义，并掌握了远场法测量 光纤数值孔径NA的方法，更加熟练掌握光纤 端面处理技术
精品课件！
精品课件！
一、做这个实验有何目的?
1 、学会光纤端面处理技术 2 、学会光斑的调试、掌握光纤与光源的耦合 方法 3、 了解并掌握远场光斑法测量光纤数值孔径 的方法 4、 了解光纤数值孔径的物理意义
二、这个实验的原理和 装置是什么？
1、数值孔径定义
数值孔径是多模光纤的一个重要光学参数， 它表征多模光纤集光能 力大小及 与光源相和难易程度，同时对连接损耗、微弯损耗、宏弯损耗、 衰减温度特性和 传输带宽等都有影响。通常，根据折射率分布测量方法 将数值孔径定义如下：（1） 最大理论数值孔径NAth （4-1）
2、测试输出孔径角θm
(1) 固定光纤输出端； (2) 置遮光屏距光纤输出端L处，则在遮光屏上显示出光纤输出 光斑，其直径为D； (3) 用游标卡尺准确测量L和 D值（测量多次取其平均值） ，则 得输出孔径 角为:
3、计算光纤数值孔径： NA=sin θm 4、关掉Hｅ—Nｅ激光器电源，实验结束。
（2） 远场数值孔径NAff
远场数值孔径是通过测量光纤远场分布确定的。远场数值孔径NAFF 的定义 为光线远场辐射图上光强下降到最大5%的半角（θm） 的正弦 值。 NAff=sinθm （4-2）
(3) NAth与NAff之间的关系
NAth与NAff之间的பைடு நூலகம்系与测量波长有关。 测量远场光强分布大多 在850nm波 长上进行,而测量折射率分布通常则在 540nm 或 633nm 波长上进行。对于这些波 长， NAth与NAff之间的关系如下: NAff= KαNAth （4-3） 其中θ是远场辐射半角，Kα是比例因子，由下式给出
（4-4）
式中 P（0）与 P（θ）分别是 θ=0 和 θ=θ 处远场辐射功率，g 为 光纤折 射率分布参数，计算结果表明，若取 P（θ）∕P（0），在 g>2 时 Kα的值大于 0.975。 因此可将对应与P （θ） 曲线上功率下降到中
心最大值的5%处的角度 θe的 正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有
(1) 调整半导体激光器，使激光束平行于实验台面； (2) 调整旋转台，使半导体激光器发出的激光束通过旋转轴线； (3) 取待测光纤，处理光纤两端面之后，一端经旋转台上的光纤微 调架与激光束耦合，另一端对准观察屏； (4)调节光纤微调架上的聚焦透镜，使透镜出光光束尽可能细，且使 光束 耦合进入光纤； (5)仔细调整 5 维光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台轴心线 上，并辅助调节调节架各部分装置，使光纤输出功率最大，衡量 标准是观察屏上出现一 个很亮、圆形、红色光斑； (6)当光纤出光端比较亮时，不要长时间直视光纤出光端，以免伤害 眼睛。
2、哪些实验装置?
半导体激光器及电源、读数旋转平台、光纤 微调架、游标卡 尺、观察屏。
实验系统如图4-1所示
测量方法
如图 4-1 作粗略的估测，在暗室中将光 纤出射的远场通过坐标格投影到观 察屏上， 测量出射光纤到观察屏的距离L和光斑直径 D而求得θe
三、实验是按这些步骤做的！ 1、打开半导体激光器电源，校正实验系统: