强度法测量光纤数值孔径精.ppt

强度法度法测量光量光纤数数值孔径孔径第1页，本讲稿共10页实验目的1.了解透射式光纤传感器工作原理及其特性 2.了解并掌握透射式光纤传感器测量光纤数值孔径的方法 3.学会光纤传感器的制作第2页，本讲稿共10页实验装置实验装置光纤数值孔径实验仪光纤数值孔径实验仪 1台台 透射式光纤传感器透射式光纤传感器 2根根 连接导线连接导线 若干若干 电源线电源线 1根根 机械系统机械系统 1套套 第3页，本讲稿共10页实验原理（一）实验原理（一）n n光纤数值孔径NA（Numerical Aperture）定义 当光线射到两种不同的界面上时将产生发射和折射。在纤芯包层界面上，临 界角c（即折射角为/2时的入射角）按斯涅尔折射定律可得出：c=arcsin n1/n2（5-1）其中：n1 是纤芯折射率，n2 是包层折射率第4页，本讲稿共10页实验原理图实验原理图第5页，本讲稿共10页实验原理（二）实验原理（二）l（2）远场强度法测量光纤数值孔径 光纤数值孔径的另一种定义是远场强度法定义的有效数值孔径 NAeff。NAeff 是通过测量光纤远场强度分布来确定的。它被定义为光纤远场光强辐射图上光强 值下降到最大值的5处半张角的正弦值，CCITT规定的就是这种光纤数值孔径，z P d d 5%5%x2 光纤端 c 光纤端面和接收（输出）光纤端面对芯时的两光纤端 面间的距离；d 为（当 z 一定时）接收光强下降到最大值的 5时，接收光纤沿 着 x轴移动时所对应的位移值之间差值的1/2。第6页，本讲稿共10页实验步骤（一）光路机械组装，按照所提供的电路图组装。按照图把对射式光纤传感器一端（钢管封装端）安装在光纤 支架上，发射光纤、接收光纤另外一端（塑料光纤连接器封装端）分别插入实验 板上的光源座孔和探测器PD座孔上。完成对芯。调节中螺旋测微丝杆、与光纤支架锁紧螺丝，使两光纤端 面接触在一起，且大致共轴。然后打开电源开关，继续微调调节图5-3和5-4中 螺旋测微丝杆与光纤支架锁紧螺丝，并且调节光纤卡架上的白色圆形螺栓来调 整两光纤竖直方向的高度，直到电压表读数最大，则认为两光纤已经对芯完成。调节图5-8中螺旋测微丝杆使两光纤端面间距（z）在1.5-2mm间。第7页，本讲稿共10页实验步骤（二）实验步骤（二）n n打开电源开关，电路板上相应的线路接好，调节测螺旋测微丝打开电源开关，电路板上相应的线路接好，调节测螺旋测微丝 杆杆使发射光纤与接收使发射光纤与接收光纤间距大于光纤间距大于6mm6mm，调节调零旋钮使得电压表读数为零。，调节调零旋钮使得电压表读数为零。n n调节测螺旋测微丝杆调节测螺旋测微丝杆使接收光纤移动，档位开关调节到使接收光纤移动，档位开关调节到“20V20V”档位，档位，把增把增益调节到适当档位，对芯时最大电压不要超过益调节到适当档位，对芯时最大电压不要超过5V5V为宜，每隔为宜，每隔0.05mm0.05mm观察观察电电 压表读数变化，把位移与电压记录在表一中。压表读数变化，把位移与电压记录在表一中。n n根据表一在根据表一在ExcelExcel绘制曲线。绘制曲线。n n分析曲线。分析曲线。n n计算出计算出%5 max?I%5 max?I（或者（或者%5 max?U%5 max?U）n n在得到的曲线中，找到在得到的曲线中，找到%5 max?I%5 max?I（或者（或者%5 max?U%5 max?U）所对应的）所对应的x2 x2 与与 x1 x1。n n根据图根据图5-15-1计算出光纤数值孔径计算出光纤数值孔径NANA。n n关闭电源。关闭电源。第8页，本讲稿共10页注意事项1 1、影响测量精度的因素有哪些？如何避免？、影响测量精度的因素有哪些？如何避免？2 2、根据特性曲线，试想一下透射式光纤传感器可以用、根据特性曲线，试想一下透射式光纤传感器可以用于哪些环境中测量？于哪些环境中测量？3 3、室内光线对测试数据有何影响？如何解决？、室内光线对测试数据有何影响？如何解决？4 4、比较远场强度法与光斑法测量、比较远场强度法与光斑法测量NANA的优缺点？的优缺点？5 5、如果发射光纤采用石英光纤，接收光纤采用塑料光纤，、如果发射光纤采用石英光纤，接收光纤采用塑料光纤，测量的数值孔径测量的数值孔径 是石英光纤的数值孔径？还是塑料光纤是石英光纤的数值孔径？还是塑料光纤数值孔径？结果偏大还是偏小？数值孔径？结果偏大还是偏小？6 6、测量中，、测量中，z=0.5mmz=0.5mm导致结果偏大还是偏小？导致结果偏大还是偏小？第9页，本讲稿共10页谢谢观赏！第10页，本讲稿共10页