光电信息技术实验一一光纤技术实验指导书 目录 部分光纤处理、光纤无源器件制作实验前言 光纤端面处理及熔接实验 实验1山光纤端面处理及熔接实验仪说明 实验12实验指南 2 1、涂覆层的剥除 )。光纤斗的制名 光纤头质量的检 4、光纤的连接 3 5、光纤熔接质量测试 .3 6、光纤端面处理基本操作实验】 4 7、光纤摆合技术基本操作实验 8、光纤熔接技术基本操作实数 9、光功率耗损法对光纤熔接质量测试 实验2光纤跳线制作实验 .6 实验3熔融拉锥制作光纤分路器实验， 8 第二篇光纤传感实验， .11 实验4光纤传感实验 11 实验4（一 光纤光学基本知识演示 11 实验4（二）光纤与光源耦合方法实验 .12 实验4三)多模光纤数值孔径(NA)测最实验 .13 实验4四)光纤传输损耗性质及测量实验 14 立验4（五）M7光纤于涉实验 15 实验4（六） 光纤压力传感原理实验 实验4（七） 光纤温度传感原理实验 实验5光纤光栅传感实验.18 41实验目的 18 42实验原理 .18 43实验装置 .28 4.4实验步骤 .28 4.5思考题 34
光电信息技术实验――光纤技术实验指导书 目 录 第一部分 光纤处理、光纤无源器件制作实验前言. 1 实验 1 光纤端面处理及熔接实验. 1 实验 1.1 光纤端面处理及熔接实验仪说明 .1 实验 1.2 实验指南.2 1、涂覆层的剥除.2 2、光纤头的制备.3 3、光纤头质量的检验.3 4、光纤的连接.3 5、光纤熔接质量测试.3 6、光纤端面处理基本操作实验.4 7、光纤耦合技术基本操作实验.4 8、光纤熔接技术基本操作实验.4 9、光功率耗损法对光纤熔接质量测试 .4 实验 2 光纤跳线制作实验. 6 实验 3 熔融拉锥制作光纤分路器实验. 8 第二篇 光纤传感实验. 11 实验 4 光纤传感实验. 11 实验 4（一） 光纤光学基本知识演示 .11 实验 4(二) 光纤与光源耦合方法实验.12 实验 4(三) 多模光纤数值孔径（NA）测量实验.13 实验 4(四) 光纤传输损耗性质及测量实验.14 实验 4（五） M—Z光纤干涉实验 .15 实验 4（六） 光纤压力传感原理实验 .16 实验 4（七） 光纤温度传感原理实验 .17 实验 5 光纤光栅传感实验. 18 4.1 实验目的.18 4.2 实验原理.18 4.3 实验装置.28 4.4 实验步骤.28 4.5 思考题.34
光电信息技术实验一一光纤技术实验指导书 第一部分光纤处理、光纤无源器件制作实验前言 实验1光纤端面处理及熔接实验 实验1.1光纤端面处理及熔接实验仪说明 一、内容简介 光纤端面的处理是一项基本技术，其形式有两种：平面光纤头和微透镜光纤头。前者多用于各种光 无源器件与光纤之间的接续。后者主要用于光纤与光源、光探测器之间的耦合。光纤端面处理质量的好 坏直接影响到接续后的光纤损耗和光纤与光源或光探测器的耦合效率。因此这项实验是其他后续实验的 基础，直接影响到后续其他实验的实验效果。 光纤故障熔接的基本步骤为：1)光纤涂覆层的剥除：2)光纤头的制备：3)光纤头的检验，4)光 纤熔接，5)熔接质量检测。本实验通过对裸光纤的认识以及光纤熔接机的使用，使学生对光纤相关制 作及维护知识进一步了解，提高学生的动手动脑能力。 二、实验仪说明 如图所示，本实验仪几个重要的组成部分，基本实验操作器件可置于实验箱内，便于存放。 航州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验室
光电信息技术实验――光纤技术实验指导书 第一部分 光纤处理、光纤无源器件制作实验前言 实验 1 光纤端面处理及熔接实验 实验 1.1 光纤端面处理及熔接实验仪说明 一、内容简介 光纤端面的处理是一项基本技术，其形式有两种：平面光纤头和微透镜光纤头。前者多用于各种光 无源器件与光纤之间的接续。后者主要用于光纤与光源、光探测器之间的耦合。光纤端面处理质量的好 坏直接影响到接续后的光纤损耗和光纤与光源或光探测器的耦合效率。因此这项实验是其他后续实验的 基础，直接影响到后续其他实验的实验效果。 光纤故障熔接的基本步骤为：1）光纤涂覆层的剥除；2）光纤头的制备；3）光纤头的检验，4）光 纤熔接，5）熔接质量检测。本实验通过对祼光纤的认识以及光纤熔接机的使用，使学生对光纤相关制 作及维护知识进一步了解，提高学生的动手动脑能力。 二、实验仪说明 如图所示，本实验仪几个重要的组成部分，基本实验操作器件可置于实验箱内，便于存放。 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 1
光电信息技术实验一一光纤技术实验指导书 实验1.2实验指南 一、实验目的 1、掌握光纤头平端面的处理技术。 2、掌握光纤之间的耦合、调试技术，了解光纤横向和纵向偏差对光纤耦合损耗的影响。 3、掌握光纤熔接的基本技术。 二、实验内容 1、光纤端面处理基本操作实验 2、光纤耦合技术基本操作实验 3、光红控接技术其本操作实哈 光功率耗损法对光纤熔接质量测试 三、实验仪器 1、光纤熔接机 1台 2、光纤切割刀 1台 3、光纤刻皮钳 4、裸光纤 、操纤适配器 2 6、1310/1550稳定光源 7、光功率计 1个 8、单模光跳线 1根 四、实验原理 光纤端面的处理是 一项基本技术，其形式有两种： 平面光纤头和微透镜光纤头。前者多用于各 种光无源器件与光纤之间的接续。后者主要用于光纤与光源、光探测器之间的合。光纤端面处理 质量的好坏直接影响到接续后的光纤损耗和光纤与光源或光探测器的榈合效率。因此这项实验是其 他后续实验的基础，直接影响到后续其他实验的实验效果。 护在厚 包层 涂覆层「 单模：8-10um 125um 多模：50u 图1光纤裁面结构图 光线端面处理的基本步骤为：1)光纤涂覆层的剥除：2)光纤头的制备；3)光纤头的检验 1、涂覆层的剥除 一般光纤的结构是由三层组成 即：纤芯、包层 徐覆层和套塑层。真正的光传输介质是纤芯层和 包层，涂覆层和套塑层只是起保护作用。因此在制备光纤头之前，需要剥除光纤的套塑层和涂覆层，使 光纤的包层裸露出来。 剥除方法一种是用刀片切削。使光纤头与刀口之间成一个小的角度。用左手拇指将光纤头压在刀口 上，右手拉动光纤即可剥除套塑层。但是这种方法要求有一定的技巧，不能用力过猛，将包层和纤芯损 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验省
光电信息技术实验――光纤技术实验指导书 实验 1.2 实验指南 一、实验目的 1、掌握光纤头平端面的处理技术。 2、掌握光纤之间的耦合、调试技术，了解光纤横向和纵向偏差对光纤耦合损耗的影响。 3、掌握光纤熔接的基本技术。 二、实验内容 1、光纤端面处理基本操作实验 2、光纤耦合技术基本操作实验 3、光纤熔接技术基本操作实验 4、光功率耗损法对光纤熔接质量测试 三、实验仪器 1、光纤熔接机 1 台 2、光纤切割刀 1 台 3、光纤剥皮钳 1 把 4、裸光纤 1 米 5、裸纤适配器 2 个 6、1310/1550 稳定光源 1 个 7、光功率计 1 个 8、单模光跳线 1 根 四、实验原理 光纤端面的处理是一项基本技术，其形式有两种：平面光纤头和微透镜光纤头。前者多用于各 种光无源器件与光纤之间的接续。后者主要用于光纤与光源、光探测器之间的耦合。光纤端面处理 质量的好坏直接影响到接续后的光纤损耗和光纤与光源或光探测器的耦合效率。因此这项实验是其 他后续实验的基础，直接影响到后续其他实验的实验效果。 图 1 光纤截面结构图 光线端面处理的基本步骤为：1）光纤涂覆层的剥除；2）光纤头的制备；3）光纤头的检验 1、涂覆层的剥除 一般光纤的结构是由三层组成，即：纤芯、包层、涂覆层和套塑层。真正的光传输介质是纤芯层和 包层，涂覆层和套塑层只是起保护作用。因此在制备光纤头之前，需要剥除光纤的套塑层和涂覆层，使 光纤的包层裸露出来。 剥除方法一种是用刀片切削。使光纤头与刀口之间成一个小的角度。用左手拇指将光纤头压在刀口 上，右手拉动光纤即可剥除套塑层。但是这种方法要求有一定的技巧，不能用力过猛，将包层和纤芯损 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 2
光电信息技术实验一一光纤技术实验指导书 伤。 另一种比较简便的方法是将光纤头在塑料溶剂中浸泡几分钟，然后用脱脂棉擦除套塑层。预涂覆层 也可以类似剥除。但必须用脱脂棉蓝乙醇一乙酰的混合溶液将光纤头清洗干净。另外，现在也有专用的 剥除工具。 2、光纤头的制备 对于平面光纤头的基本要求是，光纤端面应该品一个平整的镜面而面日必须与光纤的纤轴垂直。对干 石英材质的光纤，制备平面光纤头常用的方法有：加热法、切割法和研磨法。 “加热法”是一种原始但是简单的方法，话合于直径100m以上的粗光纤。将己别除涂覆层的光 纤头在热源上均匀加热，然后迅即用镊子夹持弯曲折断即可。此种方法是利用光纤受局部加热产生的应 力突变会使其沿径向解理，但是成功率比较低。需要一定经验才可制备较好的光纤头。 “切割法”是一种现在普遍使用而且方便的方法。使用钻石或金刚石的特殊材质制成的光纤切割刀 在己处理过的光纤头侧面垂直于纤轴划出一道小口，然后加弯曲应力拉动光纤使其沿切口断面折断。 由于“加热法”和“切割法”处理的不能保证与光纤端面纤轴垂直。“研磨法”则是一种更为紧密 的光纤端面制备技术，其可以达到很高的精度，使光纤端面更接近于理想镜面。一般光纤端面与光纤纤 轴的倾斜角度在几十秒以下。但是此种方法难度较高，设涉及到极为复杂的光学加工技术， 3、光纤头质量的检验 光纤微透镜质量的好坏可依据其与LD耦合时的损耗来判定 检验平面光纤端面的最好办法就是向光纤注入H-e光，观察由光纤输出的光斑质量。 一个的 光纤端面其输出光 应该是圆对称的 边缘清晰且与光纤轴线方向 1果光纤端面质量不高，则光 斑就会发生散射或倾斜。如果条件允许，还可以采用更精密的检测方法。用高倍率显微镜进行检验。首 先正面观察光纤端面，应该是均匀、无裂痕、圆周轮廓清晰。然后侧面观察光纤，其端部边缘应齐整、 无凹陷或尖辟，且边缘与光纤轴线垂直。 4、光纤的连接 光纤的连接质量，损耗的大小直接关系到光传输的性能。光纤的连接方式有周定连接和活动连接两 种方式。光纤的固定连接按照标准 多模光纤的接续损耗应小于0.1-0.2B,单模光纤的接续损耗应小 于0.05-0.1dB。在光纤的固定连接中造成连接损耗的原因有： (1)两光纤的纤轴错位： (2)两光纤的芯径不同： (3)两光纤的数值孔径不同： (4)两光纤因折射率不同造成的场分布差异： (5)两光纤角向位移： (6)两光纤包层与纤芯不同造成的纤芯轴错位。 光纤的连接有两种方法：V型槽法和电弧熔接。V型槽法连接质量不高，现在一般采用光纤熔 接机接续，接续方法在实验步骤中介绍。 5、光纤熔接质量测试 用光功率计直接测试LD激光二极管输出的光功率，记为B:再将LD激光二极管的输出端通过熔 接好的光纤接到光功率计上，测得此时得光功率值记为乃，最后根据公式计算焊点损耗 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电仿息技木实验室
光电信息技术实验――光纤技术实验指导书 伤。 另一种比较简便的方法是将光纤头在塑料溶剂中浸泡几分钟，然后用脱脂棉擦除套塑层。预涂覆层 也可以类似剥除。但必须用脱脂棉蘸乙醇－乙醚的混合溶液将光纤头清洗干净。另外，现在也有专用的 剥除工具。 2、光纤头的制备 对于平面光纤头的基本要求是，光纤端面应该是一个平整的镜面而且必须与光纤的纤轴垂直。对于 石英材质的光纤，制备平面光纤头常用的方法有：加热法、切割法和研磨法。 “加热法”是一种原始但是简单的方法，适合于直径 100μm 以上的粗光纤。将已剥除涂覆层的光 纤头在热源上均匀加热，然后迅即用镊子夹持弯曲折断即可。此种方法是利用光纤受局部加热产生的应 力突变会使其沿径向解理，但是成功率比较低。需要一定经验才可制备较好的光纤头。 “切割法”是一种现在普遍使用而且方便的方法。使用钻石或金刚石的特殊材质制成的光纤切割刀 在已处理过的光纤头侧面垂直于纤轴划出一道小口，然后加弯曲应力拉动光纤使其沿切口断面折断。 由于“加热法”和“切割法”处理的不能保证与光纤端面纤轴垂直。“研磨法”则是一种更为紧密 的光纤端面制备技术，其可以达到很高的精度，使光纤端面更接近于理想镜面。一般光纤端面与光纤纤 轴的倾斜角度在几十秒以下。但是此种方法难度较高，设涉及到极为复杂的光学加工技术。 3、光纤头质量的检验 光纤微透镜质量的好坏可依据其与 LD 耦合时的损耗来判定。 检验平面光纤端面的最好办法就是向光纤注入 He-Ne 光，观察由光纤输出的光斑质量。一个好的 光纤端面其输出光斑应该是圆对称的，边缘清晰且与光纤轴线方向垂直。如果光纤端面质量不高，则光 斑就会发生散射或倾斜。如果条件允许，还可以采用更精密的检测方法。用高倍率显微镜进行检验。首 先正面观察光纤端面，应该是均匀、无裂痕、圆周轮廓清晰。然后侧面观察光纤，其端部边缘应齐整、 无凹陷或尖辟，且边缘与光纤轴线垂直。 4、光纤的连接 光纤的连接质量，损耗的大小直接关系到光传输的性能。光纤的连接方式有固定连接和活动连接两 种方式。光纤的固定连接按照标准，多模光纤的接续损耗应小于 0.1-0.2dB，单模光纤的接续损耗应小 于 0.05-0.1dB。在光纤的固定连接中造成连接损耗的原因有： （1）两光纤的纤轴错位； （2）两光纤的芯径不同； （3）两光纤的数值孔径不同； （4）两光纤因折射率不同造成的场分布差异； （5）两光纤角向位移； （6）两光纤包层与纤芯不同造成的纤芯轴错位。 光纤的连接有两种方法：V 型槽法和电弧熔接。V 型槽法连接质量不高，现在一般采用光纤熔 接机接续，接续方法在实验步骤中介绍。 5、光纤熔接质量测试 用光功率计直接测试 LD 激光二极管输出的光功率，记为 ；再将 LD 激光二极管的输出端通过熔 接好的光纤接到光功率计上，测得此时得光功率值记为 ，最后根据公式计算焊点损耗： P1 P2 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 3
光电信息技术实验一一光纤技术实验指导书 a=-10log(P,/P) 五、注意事项 1、实验操作之前，请详细阅读光纤熔接机使用说明书： 2、学生进实验操作进，请严格按照实验指导老师的要求进行操作，以免造成不必要的损失： 3、注意节约使用裸光纤。 六、实验操作 6、光纤端面处理基本操作实验 光纤端面处理，按下列步骤处理光纤及待焊接光纤端面： (1)从光跳线的中间剪断光纤： (2)用刀片剥除光纤套塑层和预涂覆层，使光纤包层裸露20-30cm长： (3)用脱脂棉蘸乙醇/乙醚混合溶液清洗光纤头 (4)用光纤切割刀在距光纤端面5cm处刻一小口： (5)施加拉力使光纤端面折断形成镜面： (6)在显微镜下检验光纤端面。 注：由于本实验还提供了一段提光纤，所以可有接前一段裸光纤用光纤刻皮钳除掉涂敷层再讲行切 制以得到端面垂直的光纤， 具体步骤如下 (7)剪一段裸光纤，长约60cm,将两端的涂敷层除掉，并保证除掉涂敷层的光纤长约10cm左右： (8)用酒精泵瓶中的无水酒精清洗光纤头： (9)用光纤切制刀将两光纤端面切割整齐： (10)在熔接机显微镜下检验光纤端面 7、光纤耦合技术基本操作实验 (1)将光纤需耦合的端面进行实验操作1的光纤端面处理 (2)压住深纤适配器的按钮，缓慢插入瑞面处理好的裸光纤 8、光纤熔接技术基本操作实验 详细阅读光纤熔接机的操作手册，光纤熔接时，将经过端面处理后的裸光纤放入光纤熔接机内进行 熔接，工作方式设置成手动或自动均可以： (1)开机检查 按Clean”键，观察图像显示屏，判断放电是否正常， 以及打火点位置（电弧中心位置）： (2)模式选择：SM、MM及自选模式。 符号 P TP 参数 熔接电流熔接时间推进距离预熔电流预熔时间雏形熔接参数 9、光功率耗损法对光纤熔接质量测试 光纤熔接质量测试。光纤熔接完成后，若光纤熔接机没有测试连接损耗的功能，则还需要用其它方 式测试其连接损耗，以确定熔接的质量。其测试的原理框图如下所示： 稳定光源 光纤 口光功率计 图2带℉C型接口光跳线连接损耗测试方框图 杭州电子科技大学理学院物理实验教学示范中心光电信息技术实验
光电信息技术实验――光纤技术实验指导书 PP 12 /log10 五、注意事项 1、实验操作之前，请详细阅读光纤熔接机使用说明书； 2、学生进实验操作进，请严格按照实验指导老师的要求进行操作，以免造成不必要的损失； 3、注意节约使用裸光纤。 六、实验操作 6、光纤端面处理基本操作实验 光纤端面处理，按下列步骤处理光纤及待焊接光纤端面： （1）从光跳线的中间剪断光纤； （2）用刀片剥除光纤套塑层和预涂覆层，使光纤包层裸露 20-30cm 长； （3）用脱脂棉蘸乙醇/乙醚混合溶液清洗光纤头； （4）用光纤切割刀在距光纤端面 5cm 处刻一小口； （5）施加拉力使光纤端面折断形成镜面； （6）在显微镜下检验光纤端面。 注：由于本实验还提供了一段裸光纤，所以可直接剪一段裸光纤用光纤剥皮钳除掉涂敷层再进行切 割以得到端面垂直的光纤，具体步骤如下： （7）剪一段裸光纤，长约 60cm，将两端的涂敷层除掉，并保证除掉涂敷层的光纤长约 10cm 左右； （8）用酒精泵瓶中的无水酒精清洗光纤头； （9）用光纤切割刀将两光纤端面切割整齐； （10）在熔接机显微镜下检验光纤端面。 7、光纤耦合技术基本操作实验 （1）将光纤需耦合的端面进行实验操作 1 的光纤端面处理； （2）压住裸纤适配器的按钮，缓慢插入端面处理好的裸光纤。 8、光纤熔接技术基本操作实验 详细阅读光纤熔接机的操作手册，光纤熔接时，将经过端面处理后的裸光纤放入光纤熔接机内进行 熔接，工作方式设置成手动或自动均可以； （1）开机检查 按“Clean”键，观察图像显示屏，判断放电是否正常， 以及打火点位置（电弧中心位置）； （2）模式选择：SM、MM 及自选模式。 符号 I T D IP TP C 参数 熔接电流 熔接时间 推进距离 预熔电流 预熔时间 锥形熔接参数 9、光功率耗损法对光纤熔接质量测试 光纤熔接质量测试。光纤熔接完成后，若光纤熔接机没有测试连接损耗的功能，则还需要用其它方 式测试其连接损耗，以确定熔接的质量。其测试的原理框图如下所示： 杭州电子科技大学理学院 物理实验教学示范中心 光电信息技术实验室 4 图 2 带 FC 型接口光跳线连接损耗测试方框图