光纤通讯公司光纤光学与应用 光纤通讯.doc

光纤通讯公司光纤光学与应用 光纤通讯.doc光纤通讯公司光纤光学与应用 光纤通讯
光纤光学与应用
摘要 本实验主要测量了光纤的耦合效率、数值孔径、损耗特性和光纤的温度特性。实验
，损耗系数α(λ) ⨯10dB /cm ，%。实验发现，激光干涉形成的条纹数目与外界温度成线性关系。
关键词 光纤通信 数值孔径 光纤温度传感器
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1. 引言
1966年，科学家高锟发表题为《光频率的介质纤维表面波导》的论文，提出，“只要设法降低玻璃纤维中的杂质，就能够获得用于通信的、传输损耗较低的光导纤维”。现在，，光纤已广泛用于通信行业，发展迅猛。光纤通信具有通信容量大、传输距离远；信号串扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量佳等优点。另外，光线在传感器方面也有独特优势，具有损耗低，信息量大，可用于各种物理量的测量。本实验主要了解光纤光学基础知识，学会测量光纤的数值孔径和损耗系数方法。了解光纤温度传感器工作原理。
2. 原理
光纤构造和分类
纤芯由掺有少量P2O5和GeO2的高纯度SiO2构成，掺杂剂用来提高纤芯折射率。包层主要高纯度SiO2构成，掺有少量氟
图1 光纤构造示意图
和硼降低折射率。涂覆层一般
为环氧树脂或硅橡胶，增强光线的机械强度。套塑采用尼龙或聚乙烯，加强光纤机械强度。按照纤芯折射率分布形式分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。还可以按照光纤中光的传播模式和工作波长等分类。 耦合效率
耦合效率定义为
γ=
P
（1） P O
P O 是光纤输入功率，P 是光纤耦合后的输出功率。He-Ne 激光器输出光束是高斯
光束，经过透镜后仍是高斯光束。选择透镜焦距，使得经过透镜耦合后的高斯光束的束腰与纤芯直径相等。将光纤端面置于高斯光束焦点处，获得最佳偶和效率。 光纤的数值孔径
是表征光纤集光能力大小的参数。数值孔径NA 越大，光纤端面接收或会聚光的能力越强。只有入射角度小于某个角度的光才能进入光纤内部传播。设角度为θ。数值孔径定义为
NA =sin θ （2） 对于阶跃光纤，设n 1、n 2分别是纤芯和包层的折射率。则数值孔径为
sin θ （3）
由于光路可逆性，可在输出端测量数值孔径。原理如图2，光纤出射的光照射到观察屏上，设光斑直径为2R ，观察屏到光纤距离为h 。则有
NA =sin θ=
光纤的损耗
图 2 远场光斑法测数值孔径
（4）
光纤对光波产生的衰减作用称为光纤损耗。广播在实际传输过程中，随着传播距离增加，光功率以指数形式衰减，即 P (L ) =P (0)e
-α(λ) L
（5）
α(λ) 为损耗系数。 P (0) 为光纤输入功率，P (L ) 为广播传输距离L 后光纤输出功率，
光纤损耗定义为
A (λ) =10lg
P (0)
(dB ) （6）
P (L )
α(λ) =
A (λ)
(dB /Km ) （7）
L
光纤损耗可分为吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。散射损耗主要包括瑞利散射损耗，