1、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，光纤与光源耦合技术，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耦合的效率及光信号的采集。光纤端面的处理可分为两种形式，即平面纤头和透镜牵头，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是指孔径有关，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。耦合方法光纤与光源的耦合有直接耦合和经聚光器件耦合两种。聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。自聚焦透镜的外
2、形为“棒”形（圆柱体） ，所以也称之为自聚焦棒。实际上，它是折射率分布指数为 2（即抛物线型）的渐变型光纤棒的一小段。自聚焦透镜自 聚 焦 透 镜 又 称 梯 度 折 射 率 透 镜 ， 是 指 其 内 部 的 折 射 率 分 布沿 径 向 逐 渐 减 小 的 柱 状 透 镜 。 由 于 梯 度 折 射 率 透 镜 具 有 端 面 准 直 、耦 合 和 成 像 特 性 ， 加 上 它 圆 柱 状 小 巧 的 外 形 特 点 ， 可 以 在 多 种 不同 的 微 型 光 学 系 统 中 使 用 更 加 方 便 。 并 在 集 成 光 学 领 域 如 微 型 光学 系 统 、 医 用 光 学 仪
3、器 、 光 学 复 印 机 、 传 真 机 、 扫 描 仪 等 设 备 有着 广 泛 的 应 用 。 梯 度 折 射 率 透 镜 是 光 通 讯 无 源 器 件 中 必 不 可 少 的 基 础 元 器 件 。应 用 于 要 求 聚 焦 和 准 直 功 能 的 各 种 场 合 ， 被 分 别 使 用 在 光 耦 合 器 、准 直 器 、 光 隔 离 器 、 光 开 关 、 激 光 器 等 方 面 。直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。这种方法的操作过程是：将用专用设备使切制好并经清洁处理的光纤端面靠近光源的发光面，并将其调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大） ，然后固定其
4、相对位置。这种方法简单，可靠，但必须有专用设备。 如果光源输出光束的横截面面积大于纤芯的横截面面积，将引起较大的耦合损耗。经聚光器件耦合是将光源发出的光通过聚光器件将其聚焦到光纤端面上，并调整到最佳位置（光纤输出端的输出光强最大） 。这种耦合方法能提高耦合效率。耦合效率 的计算公式为 ， 或 %102p )(lg102dBp式子中 P1为耦合进光纤的光功率（近似为光纤的输出光功率） 。P 2为光源输出的光功率。 光耦合原理如图所示聚焦透镜 五维调整架三.实验仪器用具主机GY-24 型 He-Ne 激光器 1 台WGN-1 型激光功率指示仪1 台光纤切割刀 1 把多模光纤 1 段酒精灯 1 个镜
5、头纸 1 本。四.实验内容及步骤a) 实验内容：切割光前端面；测量耦合效率。b) 实验步骤：1.剪一段多模光纤；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He-Ne 激光器光纤裸纤；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五维调整架中；5.打开 He-Ne 激光器，预热几分钟，用激光功率指示仪测量激光器的输出功率 ， 并记下 数值；0p0p6.将光路调整至于主机箱上板平行，同时调整 10显微物镜与光路同轴；调整五维调整架，让激光通过 10显微物镜汇聚后打在光纤的端面上，使光耦合进光纤。观察另一端输出情况，并用激光功率指示仪测量输出功率 的数值。fP7.将 的值代入公式，计算耦合功率。0pf5.实验报告要求数据 1 数据 2 数据 3 数据 4 数据 50pfP5 次 平均
