实验一 光纤数值孔径( NA )性质与参数测量实验加热搅拌
、实验目的
1、学习光在光导纤维中传播的基本原理
2、掌握测量通信石英光纤的数值孔径
2、熟练光学调节技术及熟悉光功率计
、实验仪器
1、光源 | 1台 |
2、读数旋转台 | 1个 |
3、三维微调架 | 1个 |
4、光纤两根(单模、多模各一根) | 2根 |
5、光纤适配器 | 1个 |
6、光斑屏 | 1个 |
7、光功率计 | 1个 |
| |
三、实验原理
1、 光纤的基本构造
光纤的构造如图 1－1 所示。它主要有纤芯、包层、涂敷层及套塑四部分组成。 (1)纤芯 纤芯位于光纤的中心部位。它主要成分是高纯度的二氧化硅，其纯度高达 99.99999% ，其余成分为掺入的少量掺杂剂，如五氧化二磷 (P2O5)和二氧化锗( GeO2摩根轧机)。掺杂
剂的作用是提高纤芯的折射率。纤芯的直径一般为 5~50 微米。 (2)包层 包层也是含有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。掺杂剂有氟和硼。 这些掺杂剂的作用是降低包层的折射率。包层的直径 2b 一般为 125 微米。
(3)涂敷层 包层的外面涂敷一层很薄的涂敷层。通常进行两次涂敷，涂敷层材料一般 为环氧树脂或硅橡胶。该层的作用是增强光纤的机械强度。
5d动感座椅(4)套塑 涂敷层之外就是套塑。套塑的原料大都是采用尼龙或聚乙稀。
它的作用也是加强光纤的机械强度。一般没套塑层的光纤称为裸光纤。
交通事故现场图
2、光纤的传光原理
1－ 2 所示。 该种光纤的纤芯折射率均匀且比包层高， 光传输轨迹为锯齿形。 当光纤 NA 大时， 1）光纤的传光原理：采用几何光学来分析时主要包括光的反射、折射和全反射等。
采用波动理论分析时主要包括导模、模数、双折射等。
（ 2）光在光纤中的传播主要有二种类型，如图 （ a）阶跃型光纤 其光纤折射率呈阶跃型分布。
以保证传输光能在纤芯和包层的界面上实现全反射， 反射次数多、损耗大。阶跃光纤是光纤应用的基本类型。
光纤探头使传输光的轨迹为光滑曲线 （如正弦函
（ b）渐变型光纤 其纤芯的折射率呈曲面分布， 数曲线），也称蛇形传光。其优点是 NA 大，散和损耗较小，传输距离大，但价格高。另外，在单模光纤中，纤芯的直径很小，光线几乎是沿着光纤轴传播的。
3、光纤的传输模式
对于阶跃光纤，光纤中的传输模式与波导参数 V 有关。波导参数 V 的定义为：
V=2 a（NA）/ （1-1） 式中 a —— 光纤纤芯的半径； NA —— 光纤的数值孔径； —— 入射光波长。
在光纤 NA 保持一定的情况下， 光纤的芯径越大， 则波导参数越大。 光纤能传播的模式 也越多，当 V ≤2.4 的时候光纤就只能传播单一模式，这种光纤称为单模光纤；当 V>2.4 时
能传播多种模式，例如 V≤3.8 时，光纤就传输四种模式 （HE11、TE01、TM01、HE21），在这 种光纤输出端可观测到对应于这 4 种模式的 4 种光斑类型， 所以一般 V>2.4 的光纤就称为多 模光纤。图 1-4 是光脉冲在多模光纤和单模光纤中的传输性能示意图。
由图 1-4 可见，多模光纤损耗大、散较强，因而脉冲畸变严重；而单模光纤损耗和 散性能都较佳， 对光脉冲的影响较小。 光纤长距离通讯中的光纤是用单模光纤， 就是这个原 因。
4、光纤的光学参数和特性
（1）光纤的数值孔径
数值孔径（ NA ）是衡量一根光纤当光线从其端面入射时，它接收光能大小的一个重要 参数，也就是说它是反映光纤捕捉光线（或聚光）能力大小的一个参数。
如图六所示，通常我们考虑的是光纤中子午光线的数值孔径。设θ c 为光纤内产生全反
射时的临界角， 则可知 Sin θc=n2/n 电热炉1. 因为光是从空气 （n0=1）入射到光纤端面的，所以根据
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