实验三 多模光纤数值孔径（NA）性质及参数测量实验一.实验目的1. 掌握测量多模光纤数值孔径的一种方法2. 了解光纤数值孔径的物理意义二.实验原理光纤数值孔径 NA 是表征光纤集光能力的主要参数，其理论表达式为：NA = [n2 — n2]i 212式中：片一纤芯折射率，n2—包层折射率可见光纤的数值孔径与直径无关在实际测量中，一般采用“远场法”远场法”的定义是：光纤远场辐射强 度分布下降到最大的5%时，远场辐射半角的正弦定义为数值孔径NAeff=Sin 0， 与理论值关系为： NAeff=KNA， K 为比例因子eff测量原理如附图 2所示：光斑激光器物镜 多模光纤白屏附图2 NA测量原理图三.实验装置：He-Ne激光器、10X显微物镜、精密光纤耦合器、直尺、白屏、多模光纤四.实验内容及步骤1. 打开 He-Ne 激光器，校正实验系统；（1） 调整 He-Ne 激光器，使激光束平行于实验台面；（2） 取待测光纤，对其两端处理，一端经精密光纤耦合器与激光束耦合（参 考实验二），一端夹持于白屏前，并与接收屏保持垂直；2. 测试输出孔径角0mo（1） 固定光纤输出端；（2） 置白屏与距光纤输出端 L 处，则在接收屏上显示出光纤输出光斑，其 直径为 D。
3） 用直尺准确测量 L 和 D 值，则得输出孔径角为：0 =tg i[D/（2L）]mo3. 计算光纤数值孔径：NA=Sin0mo4. 关闭 He-Ne 激光器电源，实验结束五.实验报告要求按照实验内容及步骤反复测量 5 次，记录下测量结果，求出 5 次的平均值数据1数据2数据3数据4数据5LD0moNA5次NA平均值实验二 光纤与光源耦合方法实验一. 实验目的初步掌握光纤切割技术，光源与光纤耦合技术，体会透镜数值孔径对耦合效 率的影响二. 实验原理光纤作为无源器件，是光纤传感器中基本组成部分其端面处质量的好坏， 直接影响与光源的耦合效率及光信号的采集光纤端面的处理可分为两种形式，即平面光纤头和透镜光纤头，本次实验主 要是平面光纤头的制作光耦合是将光源发出的光，注入到光纤中的一个过程光耦合效率与光纤端 面质量和耦合透镜的数值孔径有关，当光纤端面处理的质量较好，其数值孔径与 耦合透镜数值孔径相匹配时可得到最佳耦合效率耦合效率1)P—fP0P 为光纤输出功率， P 为光源输出功率 f0 光纤耦合原理如附图 1所示：激光器 透镜 精密光纤耦合器A ►7^U附图 1 光纤耦合原理图三. 实验装置：:He-Ne激光器、精密光纤耦合器、10X显微物镜、光纤切割刀、光纤剥线钳、 激光能量指示仪、多模光纤。
四. 实验内容及步骤a) 实验内容：切割光纤端面；测量耦合效率b) 实验步骤：1、 剪一段多模光纤(约 0.1m)；2、 用剥线钳剥去涂敷层，用镜头纸蘸取适量酒精擦干净剥出的 裸光纤；3、 用光纤切割刀在裸光纤外壁上轻刻一小口，然后轻轻敲断， 端面应垂直，无毛刺；4、 将切好的光纤夹持在光纤卡头上，然后将光纤卡头放进精密光纤耦合器中；5、 打开 He-Ne 激光器，预热几分钟，用激光能量指示仪测量激光器的输出功率Po,并记录下P0数值；6、 将He-Ne激光器、10X显微物镜、精密光纤耦合器放入如 附图1所示的光路中进行耦合；7、 将光路调至与平台平行,同时调整物镜与光路同轴；调整五 维调节架,让激光通过 1o 倍物镜汇聚后的焦点打在光纤的端面上,使光耦合 进入光纤观察另一端输出情况，并用激光能量指示仪测量输出功率Pf,并 记录下Pf的数值；8、将PPf的值代入公式（1），计算耦合效率。