單模光纖數(shù)值孔徑的測量.ppt

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1、單模光纖數(shù)值孔徑的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.熟悉光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類2.掌握光纖數(shù)值孔徑的定義的測量方法實(shí)驗(yàn)原理：光纖結(jié)構(gòu)：光纖大多采用石英玻璃（SiO2）制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體，由纖芯和包層兩部分組成，纖芯的材料是SiO2，摻雜微量的其他材料，摻雜的作用是為了提高材料的光折射率。包層的材料一般用純SiO2，也有摻雜的，摻雜的作用是降低材料的光折射率。所以纖芯的折射率略高于包層的折射率，目的在于使進(jìn)入光纖的光有可能全部限制在纖芯內(nèi)部傳輸。由于石英玻璃質(zhì)地脆、易斷裂，為保護(hù)光纖不受損害，提高抗拉度，一般需要在裸光纖外面有加強(qiáng)和保護(hù)作用的樹脂涂層。通常設(shè)光纖纖

2、芯的折射率為n1,包層的折射率為n2,纖芯和包層的相對折射率差(n1-n2)/n1,一般單模光纖為0.3%~0.6%，多模光纖為1%~2%。光纖的分類：（1）單模光纖單模光纖纖芯折射率n1保持不變,包層折射率為n2，纖芯與包層界面有一個折射率突變或階躍。纖芯直徑只有8~10um,包層直徑為125um，寫成8/125,9/125等形式。光線以直線形狀沿著纖芯中心軸線方向傳播，這種光纖只能傳輸一個模式。（2）多模階躍折射率光纖多模階躍折射率光纖折射率分布和單模光纖一樣，纖芯直徑為50~180um，包層直徑為125um，如50/125（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），62.5/125

3、（美國標(biāo)準(zhǔn)）。光線以折射形狀沿著纖芯中心軸方向傳播。（3）多模梯度折射率光纖在纖芯中心軸線上折射率最大為n1，沿著徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2，這樣光纖纖芯直徑一般為50um。光線以正弦形狀沿著纖芯中心軸方向傳播。(4)還有一些特殊光纖，如醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)中使用的光纖，參數(shù)為100/140和200/230，以及98/1000規(guī)格的塑料光纖。光纖的數(shù)值孔徑：數(shù)值孔徑NA光纖數(shù)值孔徑（NA）是光纖能接收光輻射角度范圍的參數(shù)，同時它也是表征光纖和光源、光檢測器及其它光纖耦合時的耦合效率的重要參數(shù)，同時對連接損耗、微彎損耗以及衰減溫度特性、傳輸帶寬等都有影響

4、。圖中表示出階梯多模光纖可接收的光錐范圍。光纖的數(shù)值孔徑大小與纖芯折射率，及纖芯－包層相對折射率差有關(guān)。從物理上看，光纖的數(shù)值孔徑表示光纖接收入射光的能力。NA越大，則光纖接收光的能力也越強(qiáng)。從增加進(jìn)入光纖的光功率的觀點(diǎn)來看，NA越大越好，因?yàn)楣饫w的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。但是NA太大時，光纖的?；兗哟螅瑫绊懝饫w的帶寬。因此，在光纖通信系統(tǒng)中，對光纖的數(shù)值孔徑有一定的要求。通常為了最有效地把光射入到光纖中去，應(yīng)采用其數(shù)值孔徑與光纖數(shù)值孔徑相同的透鏡進(jìn)行集光。光纖的數(shù)值孔徑：（1）最大理論數(shù)值孔徑NAmax無論是階躍光纖，還是梯度光纖，最大理論

5、數(shù)值孔徑定義都是：NAmax的物理意義是光纖最大可能接受角的正弦值，反映了光纖收集光的能力。（2）遠(yuǎn)場強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑NAeff遠(yuǎn)場強(qiáng)度有效數(shù)值孔經(jīng)定義為光纖遠(yuǎn)場輻射圖上光強(qiáng)下降到最大值5%處的半張角的正弦值。一般對于冪次分布的折射率拋面的光纖，有如下關(guān)系：其中，g為折射率分布指數(shù)；為與n有關(guān)的比例系數(shù)（表12.1）給出了g不同的取值kg的值。g1.01.52.02.510∞kg0.8810.9460.9750.98811g是描述光纖折射率分布曲線參數(shù)，對于實(shí)際光纖的折射率分布曲線可以用半徑的冪指數(shù)來描述：其中，r是離光纖纖芯軸的距離，a是光纖纖芯半徑，g是

6、冪指數(shù)。對于g=1，屬于三角分布，g=2屬于拋物線型分布（梯度分布），表示的是階躍光纖。一般情況下，梯度光纖接近拋物線分布則n=2,則NA=0.975NAmaxCCITT在下圖方法中測試數(shù)值孔徑的辦法時規(guī)定，光源為強(qiáng)度可調(diào)的非相干光源，要求強(qiáng)度和波長保持穩(wěn)定，探測器相應(yīng)為線性的。實(shí)驗(yàn)簡介圖：實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)步驟：（1）打開電源，穩(wěn)定光強(qiáng)大約5min；（2）按復(fù)位鍵將電機(jī)復(fù)位，設(shè)定合適的步長；（3）通過步進(jìn)控制鍵分別測量記錄1310nm波長下的G652光纖的遠(yuǎn)場功率隨角度變化的關(guān)系（注意，由于自然雜散光會影響功率計的讀數(shù)，所以要求在實(shí)驗(yàn)過程中，對環(huán)境光的影響要盡量

7、小，并且在讀數(shù)中需要減去雜散光的影響，另外光纖的端面如果沒有固定好，可能會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣最后應(yīng)該以實(shí)際達(dá)到5%的兩個正負(fù)角度的差值的一半為準(zhǔn)）。（4）按復(fù)位鍵復(fù)位點(diǎn)擊，關(guān)機(jī)。（5）利用三波長光源，重復(fù)（1）~（4）步，測量1550nm的光纖數(shù)值孔徑注意事項(xiàng)：1.被測光纖兩端制備清潔，平整光滑與光纖軸垂直。2.為了避免彎曲產(chǎn)生的模式轉(zhuǎn)化和模輻射。樣品要擺放直3.樣品輸出端到探測器的距離d必須大于光纖直徑數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖像，當(dāng)入射角度大于8°時，就不能再達(dá)到最大值的5%，所以：NAeff=sin8°=0.1329根據(jù)NAeff=0.975NA

8、max可以得到NAmax=NAeff/0.975=0