光纤传感技术实验指导书.doc

光纤传感技术实验指导书.doc光纤传感技术实验指导书
（2004试用版）
燕山大学信息科学与工程学院光电子系
2004年9月
实验一光纤无源器件的特性测试 1
实验二 LED光源I—P特性曲线测试 13
实验三 反射式光纤位移传感实验 30
实验一光纤无源器件的特性测试
实验目的
1、 了解光纤活动连接器、光分路器、光耦合器及光波分复用器的工作原理 及其结构。
2、 掌握光纤活动连接器、光分路器、光耦合器及光波分复用器的正确使用 方法。
3、 掌握它们的主要特性参数的测试方法。
二、实验仪器
光纤通信原理实验仪、光功率计、光纤活动连接器、光分路器、波分复用 器、光纤跳线。
三、实验原理
（一）单模光纤活动连接器
一个完整的光纤线路是由许多光纤接续而成的。接续分为永久性的和可拆 卸的两类，前者是用电弧放电法，使两根光纤端头熔化而连接在一起，后者是 通过活动连接器使两根光纤的端面作机械接触。无论哪种接续，其基本的技术 要点都是光纤模斑要匹配，光纤端面要平整，光纤轴线要对准。好的连接的标 准是插入损耗小和反射损耗大。
光纤连接处的插入损耗和反射损耗的定义为
一 2 1 一 3
PP g g
IIo o
1 1
= =
厶厶
B
(d
(dB
-2
式中P1为入射光功率，P2为出射光功率，P3为反射光功率，如图1-1所 示。由于连接处不可免的不连续性，P2VP1, P3#0o实质上，泄漏模和散射光 造成P1>P2+P3,即使后向反射光P3小到可以略去不计，仍然有P1>P2,即插 入损耗存在。
图1-1光纤连接处的功率关系
光纤活动连接器是可重复拆卸的无源器件。主要的技术要求除了插入损耗 小、反射损耗大外，还有拆卸方便、互换性好、重复性好。光纤活动连接器种 类很多，如平面对接式（FC型）、直接接触式（PC型）和矩形（SC型）活动连接器 等。
FC型单模光纤活动连接器。
典型的FC型单模光纤活动连接器结构如图2-2所示，它由套筒、插针体a、 b和装在插针体中的光纤组成。将a、b两者同时插入套筒中再将螺旋拧紧，就 完成了光纤的对接。两插针体端面磨成平面，外套一个弹簧对中套筒，使其压 紧并精确对准定位。
插什体a
'1 7^' 1 /
1 ‘ y
「 1—」
光奸
图1-2 FC型单模光纤活动连接器
PC型单模光纤的活动连接器。
FC型连接器中的两根光纤处于平面接触状态，端面间不免有小的气隙，从 而引起损耗和菲涅尔反射。改进的办法是把插针体端面抛磨成凸球面，这样就 使被连接的两光纤端面直接接触。
FC型和PC型单模光纤活动连接器的插入损耗都小于0. 5dB,而PC型结构 可将反射损耗提高到40dB,光纤活动连接器的套筒和插针套管采用陶瓷材料 后，光纤活动连接器的寿命（插拔次数）可大于10000,而温度范围可扩展至一 40 ~+80 °C o
SC型单模光纤活动连接器。
SC型单模光纤活动连接器如图1-3所示。与FC型、PC型活动连接器依靠 螺旋锁紧对接光纤不同，SC型活动连接器只需轴向插拔操作，能自锁和开启， 体积小，最适宜于高密度安装。
（-）光分路器
光分路器是一种光无源元件，用来将一路输入光功率分配成若干路输出，在 光纤电视分配网络中特别需要将光发送机的大功率分配给一系列光接收机。从 性能、可靠性、使用方便和价格等方面考虑，现在无例外地都采用熔锥型单模 光纤耦合器构成1XN光分路器。
图1-3 SC型单模光纤活动连接器。
将2X2单模光纤耦合器（图1 -4）的第4臂剪去，即得1X2光分路器，同法
将3X3单模光纤耦合器（图1-5）的第5、6臂剪去即得1X3光分路器。
P1 P2
] 单模光纤 2
4 耦合器 3
P4 P3
图1-4 2X2单模光纤耦合器
P2
P3P4
6
1 单模光纤
片 耦合器
图1-5 3X3单模光纤耦合器
对于n24,有两个办法构造lXn光分路器，其一是若干个1X2的光分路器 的级联，其二是若干个1X2光分路器和1X3光分路器级联。
（三）光耦合器
光耦合器又称光定向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插入和分配的 无源器件。它们是依靠光波导间电磁场的相互耦合来工作的。
1、光耦合器的分类
光定向耦合器的种类很多，最基本的是实现两波耦合的耦合器。从结构上 说，两个入口的光定向耦合器有如图1-6所示的品种。
第一类为微光元件型。除了图1-6 （a）那样采用微型透镜、半反射透镜的结 构外，多数都是以自聚焦透镜为主要的光学构件，如图l-6（b）、（c）、（d）、（e）、
(f),利用入/4的自聚焦透镜能把会聚光线变成平行光线的特点来实现两