光斑法测光纤精.ppt

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1、光斑法测光纤第1页，本讲稿共12页实验目的 1学会光纤端面处理技术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学会光斑的调试，掌握光纤与光源的耦合方法方法 3了解并掌握远场光斑测量光线数值孔径的了解并掌握远场光斑测量光线数值孔径的方法方法 4了解光纤数值孔径的物理意义了解光纤数值孔径的物理意义第2页，本讲稿共12页一数值孔径定义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和难易程度，同时对连接

2、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：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：根据光纤折射率分布得出的最大理论数值孔径定义：n1n1光纤芯的最大折射率光纤芯的最大折射率N2N2包层的折射率包层的折射率实验原理与装置第3页，本讲稿共12页1.最大理论数值孔径NAth2.远场数值孔径NAff第4页，本讲稿共12页2 2）远场数值孔径远场数值孔径远场数值孔径远场数值孔径NAffNAff 远场数值孔径是通过测量光纤远场分布确定的。远场数值孔远场数值孔径是通过测量光纤远场分布

3、确定的。远场数值孔径径NAffNAff的定义为光线远场辐射图上光强下降到最大的定义为光线远场辐射图上光强下降到最大5%5%的半角的正弦的半角的正弦值。值。（3）NAth与与NAff之间的关系之间的关系 NAth与NAff之间的关系与测量波长有关。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，它们间的关系如下：第5页，本讲稿共12页步骤步骤将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较小，单将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较小，单将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较小，单将几根光纤成股扎在一起。（由于光纤直径比较小，

4、单根处理不仅效率低而且端面质量不好。）根处理不仅效率低而且端面质量不好。）根处理不仅效率低而且端面质量不好。）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。端面研磨（一般都要经过二道基本工序：粗磨、精磨。端面研磨（一般都要经过二道基本工序：粗磨、精磨。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，端面抛光（对于光纤应用而言，比如光纤传感和光纤照明，端面抛光（对于光纤应用而言，比如光纤传感和光纤照明，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。）光纤端面抛光非常重要。）光纤

5、端面抛光非常重要。）光纤端面抛光非常重要。）第6页，本讲稿共12页端面研磨方法：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，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）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；时针运动；端面抛光端面抛光 把抛光材料放在平整的水平面上，一手拿光纤，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，

6、要求光纤轨迹是圆，并且先顺直，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；逆）时针后逆（顺）时针运动；第7页，本讲稿共12页实验步骤实验步骤 打开半导体激光器电源，校正实验系统；打开半导体激光器电源，校正实验系统；测试输出孔径角；测试输出孔径角；计算光纤数值孔径；计算光纤数值孔径；关掉关掉He-Ne激光器电源，实验结束；激光器电源，实验结束；第8页，本讲稿共12页实验装置实验装置实验装置实验装置：半导体激光器及电源、读数旋转平台、光纤半导体激光器及电源、读数旋转平台、光纤微调架、游标卡尺、观察屏微调架、游标卡尺、观察屏实验系统如下图测量步骤测量步骤：对上图做粗略的估测

7、，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而求得第9页，本讲稿共12页1.打开半导体激光器电源，校正实验系统打开半导体激光器电源，校正实验系统（1 1）调整半导体激光器，使激光束平行于实验台前；）调整半导体激光器，使激光束平行于实验台前；（2 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；）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 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）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；一端对准观察屏；（4

8、 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；）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 5）仔细调整）仔细调整5 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；形、红色光斑；（6 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）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；实验步骤第10页，本讲稿共12页2.2.测试输出孔径角测试输出孔径角测试输出孔径角测试输出孔径角（1 1）固定光纤输出端；）固定光纤输出端；（2 2）置遮光屏距光纤输出端）置遮光屏距光纤输出端L L处，则在遮光屏上显示出光纤输处，则在遮光屏上显示出光纤输出光斑，其直径为出光斑，其直径为D D；（3 3）用游标卡尺准确测量）用游标卡尺准确测量L L和和D D的值（测量多次取平均值），的值（测量多次取平均值），则得输出孔径角为则得输出孔径角为 3.计算光纤数值孔径计算光纤数值孔径：4.光掉He-Ne激光器电源，实验结束。第11页，本讲稿共12页第12页，本讲稿共12页