单模光纤数值孔径的测量精.ppt

《单模光纤数值孔径的测量精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单模光纤数值孔径的测量精.ppt（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、单模光纤数值孔径的测量第1页，本讲稿共22页实验目的：1.熟悉光纤的结构特点及分类2.掌握光纤数值孔径的定义的测量方法第2页，本讲稿共22页实验原理：光纤结构光纤结构：光纤大多采用石英玻璃（：光纤大多采用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是层同心圆柱体，由纤芯和包层两部分组成，纤芯的材料是SiO2，掺杂，掺杂微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。微量的其他材料，掺杂的作用是为了提高材料的光折射率。包层的材料一般用纯包层的材料一般用纯 SiO2，也有掺杂的，掺杂的作用是降低材，也有掺杂的，掺杂的作用是降低材

2、料的光折射率。料的光折射率。第3页，本讲稿共22页 所以纤芯的折射率略高于包层的折射率，目的在于使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。由于石英玻璃质地脆、易断裂，为保护光纤不受损害，提高抗拉度，一般需要在裸光纤外面有加强和保护作用的树脂涂层。通常设光纤纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,纤芯和包层的相对折射率差(n1-n2)/n1,一般单模光纤为0.3%0.6%，多模光纤为1%2%。第4页，本讲稿共22页光纤的分类：（1）单模光纤单模光纤 单模光纤纤芯折射率n1保持不变,包层折射率为n2，纤芯与包层界面有一个折射率突变或阶跃。纤芯直径只有810um,包层直径为125um，写成8/12

3、5,9/125等形式。光线以直线形状沿着纤芯中心轴线方向传播，这种光纤只能传输一个模式。第5页，本讲稿共22页（2）多模阶跃折射率光纤多模阶跃折射率光纤 多模阶跃折射率光纤折射率分布和单模光纤一样，纤芯直径为50180um，包层直径为125um，如50/125（欧洲标准），62.5/125（美国标准）。光线以折射形状沿着纤芯中心轴方向传播。第6页，本讲稿共22页（3）多模梯度折射率光纤多模梯度折射率光纤 在纤芯中心轴线上折射率最大为n1，沿着径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2，这样光纤纤芯直径一般为50um。光线以正弦形状沿着纤芯中心轴方向传播。(4)还有一些特殊光纤，如医疗和低速网络中使

4、用的光纤，参数为100/140和200/230，以及98/1000规格的塑料光纤。第7页，本讲稿共22页光纤的数值孔径：数值孔径NA 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，同时对连接损耗、微弯损耗以及衰减温度特性、传输带宽等都有影响。图中表示出阶梯多模光纤可接收的光锥范围。第8页，本讲稿共22页 光纤的数值孔径大小与纤芯折射率，及纤芯包层相对折射率差有关。从物理上看，光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NA越大，则光纤接收光的能力也越强。从增加进入光纤的光功率的观点来看，NA越大越好，因为光纤的数值孔径

5、大些对于光纤的对接是有利的。但是NA太大时，光纤的模畸变加大，会影响光纤的带宽。因此，在光纤通信系统中，对光纤的数值孔径有一定的要求。通常为了最有效地把光射入到光纤中去，应采用其数值孔径与光纤数值孔径相同的透镜进行集光。第9页，本讲稿共22页光纤的数值孔径：（1 1）最大理论数值孔径）最大理论数值孔径NAmaxNAmax无论是阶跃光纤，还是梯度光纤，最大理无论是阶跃光纤，还是梯度光纤，最大理论数值孔径定义都是：论数值孔径定义都是：NAmaxNAmaxNAmaxNAmax的物理意义是光纤最大可能接受角的正弦的物理意义是光纤最大可能接受角的正弦的物理意义是光纤最大可能接受角的正弦的物理意义是光纤最

6、大可能接受角的正弦值，反映了光纤收集光的能力值，反映了光纤收集光的能力值，反映了光纤收集光的能力值，反映了光纤收集光的能力。第10页，本讲稿共22页（2 2）远场强度有效数值孔径）远场强度有效数值孔径NANAeffeff远场强度有效数值孔经定义为光纤远场辐射远场强度有效数值孔经定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值图上光强下降到最大值5%5%处的半张角的正弦处的半张角的正弦值。一般对于幂次分布的折射率抛面的光纤，值。一般对于幂次分布的折射率抛面的光纤，有如下关系：有如下关系：第11页，本讲稿共22页 其中，其中，g g为折射率分布指数；为与为折射率分布指数；为与n n有关的比例有关的比例系数（

7、表系数（表12.112.1）给出了）给出了g g不同不同 的取值的取值kgkg的值。的值。g1.01.52.02.510kg0.8810.9460.9750.98811第12页，本讲稿共22页g g是描述光纤折射率分布曲线参数，对于实际光纤的折射率是描述光纤折射率分布曲线参数，对于实际光纤的折射率分布曲线可以用半径的幂指数来描述：分布曲线可以用半径的幂指数来描述：其中，其中，r r是离光纤纤芯轴的距离，是离光纤纤芯轴的距离，a a是光纤纤芯半径，是光纤纤芯半径，g g是幂指数。对于是幂指数。对于g=1g=1，属于三角分布，属于三角分布，g=2g=2属于抛物属于抛物线型分布（梯度分布），表示的是

8、阶跃光纤。线型分布（梯度分布），表示的是阶跃光纤。第13页，本讲稿共22页 一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布一般情况下，梯度光纤接近抛物线分布则则n=2,n=2,则则NA=0.975NAmaxNA=0.975NAmax CCITT CCITT在下图方法中测试数值孔径的办在下图方法中测试数值孔径的办法时规定法时规定，光源为强度可调的非相干光源，光源为强度可调的非相干光源，要求强度和波长保持稳定，探测器相应为要求强度和波长保持稳定，探测器相应为线性的。线性的。第14页，本讲稿共22页实验简介图：第15页，本讲稿共22页实验仪器第16页，本讲稿共22页实验步骤：（1 1）打开电源，稳定光强大约）打

9、开电源，稳定光强大约5min5min；（2 2）按复位键将电机复位，设定合适的步长；）按复位键将电机复位，设定合适的步长；（3 3）通过步进控制键分别测量记录）通过步进控制键分别测量记录1310nm1310nm波长下的波长下的G652G652光纤光纤的远场功率随角度变化的关系（注意，由于自然杂散光会的远场功率随角度变化的关系（注意，由于自然杂散光会影响功率计的读数，所以要求在实验过程中，对环境光的影响功率计的读数，所以要求在实验过程中，对环境光的影响要尽量小，并且在读数中需要减去杂散光的影响，另影响要尽量小，并且在读数中需要减去杂散光的影响，另外光纤的端面如果没有固定好，可能会发生偏转，这样最

10、外光纤的端面如果没有固定好，可能会发生偏转，这样最后应该以实际达到后应该以实际达到5%5%的两个正负角度的差值的一半为准）。的两个正负角度的差值的一半为准）。（4）按复位键复位点击，关机。）按复位键复位点击，关机。（5）利用三波长光源，重复（）利用三波长光源，重复（1）（4）步，测量）步，测量1550nm的光的光纤数值孔径纤数值孔径第17页，本讲稿共22页注意事项：1.被测光纤两端制备清洁，平整光滑与光纤轴垂直。2.为了避免弯曲产生的模式转化和模辐射。样品要摆放直 3.样品输出端到探测器的距离d必须大于光纤直径第18页，本讲稿共22页第19页，本讲稿共22页数据处理实验结果分析：观察实验结果图像，当入射角度大于8时，就不能再达到最大值的5%，所以：NAeff=sin 8=0.1329 根据NAeff=0.975NAmax可以得到NAmax=NAeff/0.975=0.1363第20页，本讲稿共22页感想：做任何实验都要认真仔细，要不然稍不注意就会出问题。做实验首先要关注下书本后的注意事项，否则很难得出准确的数据。第21页，本讲稿共22页Thank You！电科电科102 韩亚军韩亚军第22页，本讲稿共22页