1、實驗 一光纖光學(xué)基本知識演示實驗?zāi)康耐ㄟ^具體演示，使實驗者對光纖光學(xué)有基本的認(rèn)識，為以后的實驗打下基礎(chǔ)。實驗儀器用具He-Ne 激光器1套；手持式光源1臺；光纖耦合架1套 ；633nm單模光纖1米；普通通信光纖跳線3米；光纖支架1套；SGN1光能量指示儀1臺；手持式光功率計1臺；SZ04型調(diào)整架6個； SZ42型調(diào)整架1個；SZ13型調(diào)整架1個；光纖切割刀1套。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容 演示1 觀察光纖基模場遠(yuǎn)場分布 光纖耦合架 單模光纖 光纖支架 輸出光 白屏 圖1 光纖基模場遠(yuǎn)場分布He-Ne激光器五維微調(diào)架 操作 取一根約1米長的633nm單模光纖，剝?nèi)テ鋬啥说耐糠髮?，用光纖切割刀切制光學(xué)端面，然

2、后參照圖1示意，由物鏡將激光從任一端面耦合進(jìn)光纖，用白屏接收光纖輸出端的光斑，觀察光場分布。其中，中心亮的部分對應(yīng)纖芯中的模場，外圍對應(yīng)包層中的場分布。 演示2 觀察光纖輸出的近場和遠(yuǎn)場圖案操作取一根普通通信光纖（單模、多模皆可，相對633nm為多模光纖），參照演示1的操作步驟，將He-Ne激光器的輸出光束經(jīng)耦合器耦合進(jìn)入光纖，用白屏接收出射光斑，分別觀察其近場和遠(yuǎn)場圖案。 演示3 觀察光纖輸出功率和光纖彎曲（所繞圈數(shù)及圈半徑）的關(guān)系操作 取一根約3米長的普通通信光纖（為方便起見，可帶Fc/Pc接頭），將光源輸出的光耦合進(jìn)光纖，由手持式光功率計檢測光纖輸出光的功率，并記錄此時的功率讀數(shù)；將光纖

3、繞于手上，改變繞的圈數(shù)和圈半徑，觀察并分析光纖輸出功率與所繞圈數(shù)及圈半徑大小的關(guān)系。實驗二 光纖與光源耦合方法實驗實驗?zāi)康?1 學(xué)習(xí)光纖與光源耦合方法的原理；2實驗操作光纖與光源耦合。實驗儀器用具 He-Ne 激光器1套；光纖耦合架1套 ；633nm單模光纖1米；光纖支架1套；光能量指示儀1臺；SZ04型調(diào)整架6個； SZ42型調(diào)整架1個；SZ13型調(diào)整架1個；光纖切割刀1套。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1 耦合方法光纖與光源的耦合有直接耦合和經(jīng)聚光器件耦合兩種。聚光器件有傳統(tǒng)的透鏡和自聚焦透鏡之分。自聚焦透鏡的外形為“棒”形（圓柱體），所以也稱之為自聚焦棒。實際上，它是折射率分布指數(shù)為2（即拋物線型）的漸

4、變型光纖棒的一小段。直接耦合是使光纖直接對準(zhǔn)光源輸出的光進(jìn)行的“對接”耦合。這種方法的操作過程是：將用專用設(shè)備使切制好并經(jīng)清潔處理的光纖端面靠近光源的發(fā)光面，并將其調(diào)整到最佳位置（光纖輸出端的輸出光強(qiáng)最大），然后固定其相對位置。這種方法簡單，可靠，但必須有專用設(shè)備。 如果光源輸出光束的橫截面面積大于纖芯的橫截面面積，將引起較大的耦合損耗。經(jīng)聚光器件耦合是將光源發(fā)出的光通過聚光器件將其聚焦到光纖端面上，并調(diào)整到最佳位置（光纖輸出端的輸出光強(qiáng)最大）。這種耦合方法能提高耦合效率。耦合效率的計算公式為 ， 或 式子中P1為耦合進(jìn)光纖的光功率（近似為光纖的輸出光功率）。P2為光源輸出的光功率。2實驗操作

5、（1）直接耦合 A切制處理好光纖光學(xué)端面，然后按圖2示意進(jìn)行耦合操作。 光纖輸入端面 輸出光 圖2 直接耦合原理示意圖He-Ne激光器光能量指示儀 B計算耦合效率，對自己的工作進(jìn)行評估。（2）透鏡耦合 A切制處理好光纖光學(xué)端面，然后按示意圖3進(jìn)行耦合操作； B計算耦合效率，對自己的工作進(jìn)行評估； C比較、評估兩種耦合方法的耦合效率。 光纖耦合架 光纖 輸出光 圖3 聚光器件耦合原理示意圖光能量指示儀He-Ne激光器五維微調(diào)架實驗三 多模光纖數(shù)值孔徑（NA）測量實驗實驗?zāi)康?1學(xué)習(xí)光纖數(shù)值孔徑的含義及其測量方法；2實驗操作遠(yuǎn)場光斑法測量多模光纖的數(shù)值孔徑。實驗儀器用具He-Ne 激光器1套；光纖

6、耦合架1套 ；633nm多模光纖1米；光纖支架1套；光能量指示儀1臺； SZ04型調(diào)整架6個； SZ42型調(diào)整架1個；SZ13型調(diào)整架1個；光纖切割刀1套。數(shù)值孔徑（NA）是多模光纖的一個重要參數(shù)。它表示光纖收集光的本領(lǐng)的大小以及與光源耦合的難易程度。光纖的NA大，收集、傳輸能量的本領(lǐng)就大。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1 光纖數(shù)值孔徑的幾種定義(1) 最大理論數(shù)值孔徑NA max,tNA max,t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中為光纖允許的最大入射角，為周圍介質(zhì)的折射率，空氣中為1，和分別為光纖纖芯中心和包層的折射率，為相對折射率差。最大理論數(shù)值孔徑NA max,t由光纖的最大入射角的正弦值決定。(2) 遠(yuǎn)場強(qiáng)度有效數(shù)

7、值孔徑NA（NAeff）遠(yuǎn)場強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑是通過測量光纖遠(yuǎn)場強(qiáng)度分布確定的，它定義為光纖遠(yuǎn)場輻射圖上光強(qiáng)下降到最大值的5%處的半張角的正弦值。CCITT（國際電報電話咨詢委員會）組織規(guī)定的數(shù)值孔徑指的就是這種數(shù)值孔徑NA，推薦值為（0.180.24）±0.02。2光纖數(shù)值孔徑的測量(1) 遠(yuǎn)場光強(qiáng)法遠(yuǎn)場光強(qiáng)法是CCITT組織規(guī)定的G.651多模光纖的基準(zhǔn)測試方法。該方法對測試光纖樣品的處理有嚴(yán)格要求，并且需要很高的儀器設(shè)備：強(qiáng)度可調(diào)的非相干穩(wěn)定光源；具有良好線性的光檢測器等。(2) 遠(yuǎn)場光斑法 L d 光纖耦合架 633nm多模光纖 輸出光 圖4 遠(yuǎn)場光斑法原理圖 白屏 He-Ne

8、激光器五維微調(diào)架這種測試方法的原理本質(zhì)上類似于遠(yuǎn)場光強(qiáng)法，只是結(jié)果的獲取方法不同。雖然不是基準(zhǔn)法，但簡單易行，而且可采用相干光源。原理性實驗多半采用這種方法。其測試原理如圖4所示。測量時，在暗室中將光纖出射遠(yuǎn)場投射到白屏上（最好貼上坐標(biāo)格紙，這樣更方便），測量光斑直徑（或數(shù)坐標(biāo)格），通過下面式子計算出數(shù)值孔徑。式子中k為一常數(shù)，可由已知數(shù)值孔徑的光纖標(biāo)定；d為光纖輸出端光斑的直徑。例如，設(shè)光纖輸出端到接收屏的距離為50cm，k =0.01，d =20cm，立即可以算出數(shù)值孔徑為0.20。對于未知的k，我們可以由上述的距離和光斑直徑根據(jù)=arctg(d/2L)求出，再由NA=sin求出NA的近似

9、值。建議我們在實驗中采用該方法。注：本實驗提供的多模光纖的數(shù)值孔徑為0.275±0.015。實驗四 光纖傳輸損耗性質(zhì)及測量實驗實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)光纖傳輸損耗的含義、表示方法及測量方法；2實驗操作截斷法測量光纖的傳輸損耗。實驗儀器用具He-Ne 激光器1套；光纖耦合架1套 ；通信光纖1盤；光纖支架1套；光能量指示儀1臺。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1光纖傳輸損耗特性和測量方法（1）光纖傳輸損耗的含義和表示方法光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光波強(qiáng)度（或光功率）將逐漸減弱，這就是傳輸損耗。光纖的傳輸損耗與所傳輸?shù)墓獠ㄩL相關(guān)，與傳輸距離成正比。通常，以傳輸損耗系數(shù)表示損耗的大小。光纖的損耗系數(shù)為光波在

10、光纖中傳輸單位距離所引起的損耗，常以短光纖的輸出光功率P1和長光纖的輸出光功率P2之比的對數(shù)表示，即光纖的傳輸損耗是由許多因素所引起的，有光纖本身的損耗和用作傳輸線路時由使用條件造成的損耗。（1） 光纖的傳輸損耗的測量方法光纖傳輸損耗測量的方法有截斷法、介入損耗法和背向散射法等多種測量方法。 A截斷法 這是直接利用光纖傳輸損耗系數(shù)的定義的測量方法，是CCITT組織規(guī)定的基準(zhǔn)測試方法。在不改變輸入條件下，分別測出長光纖的輸出光功率和剪斷后約為2米長的短光纖的輸出光功率，按傳輸損耗系數(shù)的表示式計算出。這種方法測量精度最高，但它是一種“破壞性”的方法。 B介入損耗法介入損耗法原理上類似于截斷法，只不

11、過用帶活動接頭的連接線替代短光纖進(jìn)行參考測量，計算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測光纖引起的光功率損耗。顯然，光功率的測量沒有截斷法直接，而且由于連接的損耗會給測量帶來誤差。因此這種方法準(zhǔn)確度和重復(fù)性不如截斷法。C背向散射法背向散射法是通過光纖中的后向散射光信號來提取光纖傳輸損耗的一種間接的測量方法。只需將待測光纖樣品插入專門的儀器就可以獲取損耗信息。不過這種專門儀器設(shè)備（光時域反射計OTDR）價格昂貴。2實驗操作截斷法測量光纖的傳輸損耗 本操作以截斷法做原理性的實驗。如示意圖5。光能量指示儀 光纖耦合架 待測光纖 光輸出圖5 截斷法測量光纖傳輸損耗原理示意圖He

12、-Ne激光器五維微調(diào)架實驗五 光纖分束器參數(shù)測量實驗實驗?zāi)康?1了解光纖分束器及其用途和性能參數(shù)；2實驗操作光纖分束器參數(shù)測量。實驗儀器用具手持式光源1套；1310nm分束器1個；手持式光功率計1臺。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1 光纖分束器簡介（1）光纖分束器和用途光纖分束器是對光實現(xiàn)分路、合路、插入和分配的無源器件。在光纖通信系統(tǒng)中，用于數(shù)據(jù)母線和數(shù)據(jù)線路的光信號的分路和接入，以及從光路上取出監(jiān)測光以了解發(fā)光元件和傳輸線路的特性和狀態(tài)；在光纖用戶網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、有線電視網(wǎng)中，光纖分束器更是必不可缺的器件；在光纖應(yīng)用領(lǐng)域的其它許多方面光纖分束器也都被派上了各自的用場，它的應(yīng)用將越來越廣泛。12 P2 P4圖6

13、 光分束器端口示意P1 P334 光分束器光纖分束器的種類很多，它可以由兩根以上（最多可達(dá)100多根）的光纖經(jīng)局部加熱熔合而成，最基本的是一分為二。 （2）光纖分束器主要特性參數(shù)光纖分束器的主要特性參數(shù)是分光比，插入損耗和隔離度。 A分光比 分光比等于輸出端口的光功率之比。例如，圖中輸出端口3與輸出端口4的光功率之比P3/P4=3/7，則分光比為37。通常的3dB耦合器，兩個輸出端口的光功率之比為11。對于兩個輸出端口的光方向耦合器，分光比可為11199之間。 B插入損耗 插入損耗表示光分束器損耗的大小，由各輸出端口的光功率之和與輸入光功率之比的對數(shù)表示，單位為分貝（dB）。例如，用符號表示損

14、耗，端口1輸入光功率P1，端口3和端口4輸出的光功率為P3 和P4，則一般情況下，要求0.5dB。C隔離度 從光分束器端口示意圖中的端口1輸入的光功率P1，應(yīng)從端口3和端口4輸出，理論上，端口2不該有光輸出，而實際上端口2有少量光功率P2輸出，P2的大小就表示了1、2兩個端口間的隔離度。如用符號表示端口1、2的隔離度，那么2實驗操作在光纖分束器簡介的基礎(chǔ)上，參照圖7對光纖分束器的性能進(jìn)行測量。手持式光源分束器手持式光功率計圖7 光纖分束器性能測試示意圖實驗六 可調(diào)光衰減器參數(shù)測量實驗實驗?zāi)康?1了解光衰減器及其用途和性能參數(shù)；2實驗操作可調(diào)光衰減器參數(shù)測量。實驗儀器用具手持式光源1套；手持式光

15、功率計一臺；可調(diào)光衰減器 1只；單模光纖跳線（FC/PC）2根。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1光衰減器簡介 光衰減器是一種用來降低光功率的光無源器件。根據(jù)不同的應(yīng)用，它分為可調(diào)光衰減器和固定光衰減器兩種。在光纖通信中，可調(diào)光衰減器主要用于調(diào)節(jié)光線路電平，在測量光接收機(jī)靈敏度時，需要用可調(diào)光衰減器進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)來觀察光接收機(jī)的誤碼率；在校正光能量指示儀和評價光傳輸設(shè)備時，也要用可調(diào)光衰減器。固定光衰減器結(jié)構(gòu)比較簡單，如果光纖通信線路上電平太高就需要串入固定光衰減器。光衰減器不僅在光纖通信中有重要應(yīng)用，而且在光學(xué)測量、光計算和光信息處理中也都是不可缺少的光無源器件。 可調(diào)光衰減器一般采用光衰減片旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，衰減片

16、的不同區(qū)域?qū)?yīng)金屬膜的不同厚度。根據(jù)金屬膜厚度的不同分布，可做成連續(xù)可調(diào)式和步進(jìn)可調(diào)式。為了擴(kuò)大光衰減的可調(diào)范圍和精度，采用衰減片組合的方式，將連續(xù)可調(diào)的衰減片和步進(jìn)可調(diào)衰減片組合使用。可變衰耗器的主要技術(shù)指標(biāo)是衰減范圍、衰減精度、衰耗重復(fù)性、插入損耗等。 對于固定式光衰減器,在光纖端面按所要求鍍上有一定厚度的金屬膜即可以實現(xiàn)光的衰耗;也可以用空氣衰耗式，即在光的通路上設(shè)置一個幾微米的氣隙，即可實現(xiàn)光的固定衰耗。2實驗操作測量可調(diào)光衰減器的特性參數(shù)根據(jù)實驗對象，選擇具體的操作內(nèi)容。參照示意圖8。圖10 可調(diào)衰減器性能測試示意圖圖圖8 可調(diào)衰減器性能測試示意圖圖可調(diào)式光衰減器手持式光功率計手持式

17、光源實驗七 光纖隔離器參數(shù)測量實驗實驗?zāi)康?1了解光隔離器及其用途和主要性能參數(shù)；2實驗操作光隔離器參數(shù)測量。 實驗儀器用具手持式光源1套；手持式光功率計一臺；光纖隔離器 1只。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1光隔離器簡介 光隔離器是一種只允許光波沿光路單向傳輸?shù)姆腔ヒ仔怨鉄o源器件。它的作用是隔離反向光對前級工作單元的影響。 光隔離器的主要技術(shù)指標(biāo)有：插入損耗、反向隔離度和回波損耗等。目前，在1310nm波段和1550nm波段反向隔離度都可做到40dB以上。光通信系統(tǒng)對光隔離器性能的要求是，正向插入損耗低、反向隔離度高、回波損耗高、器件體積小、環(huán)境性能好。2光隔離器的主要性能、指標(biāo) A插入損耗 光隔離器的插入

18、損耗由下式表示：式中，Pin 、Pout為光隔離器的輸入、輸出光功率。插入損耗主要是由光隔離器中的偏振器、法拉第旋光元件和準(zhǔn)直器等元件的插入而產(chǎn)生的。光隔離器的插入損耗一般在0.5dB以下，最好的指標(biāo)可以達(dá)到0.1dB以下。 B隔離度 隔離度是光隔離器的重要指標(biāo)之一，用符號ISO表示。數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中，PR 、PR分別為反向輸入、輸出光功率。實際應(yīng)用中的光隔離器，其隔離度應(yīng)在30dB以上，越高越好。 C回波損耗 光隔離器的回波損耗定義為：光隔離器的正向輸入光功率Pin和反回到輸入端的光功率之比，由下面式子表示 回波直接影響系統(tǒng)的性能，所以回波損耗是一個相當(dāng)重要的指標(biāo)。優(yōu)良的光隔離器其回波損耗都

19、在55以上。 由于光隔離器所用光學(xué)材料價格較高、工藝復(fù)雜，因此隔離器的價格也較高。2 實驗操作測量光隔離器的特性參數(shù)根據(jù)實驗對象，選擇具體的操作內(nèi)容。圖9為示意圖。手持式光源光隔離器手持式光功率計圖9光隔離器性能測試示意圖實驗八 光纖光開關(guān)實驗實驗?zāi)康?1了解光開關(guān)及其用途和主要性能參數(shù)；2實驗操作光開關(guān)參數(shù)測量。 實驗儀器用具手持式光源1套 ，手持式光功率計1臺，機(jī)械式光開關(guān) 1套，單模光纖跳線2根。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1光開關(guān)簡介 光開關(guān)是一種將光波在時間上或空間上進(jìn)行切換的器件。它起著控制和轉(zhuǎn)換光路的作用。是光纖通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、交換技術(shù)、光纖測試技術(shù)以及光纖傳感等不可缺少的器件。光開關(guān)

20、應(yīng)具備插入損耗小、開關(guān)速度快、串?dāng)_小、消光比高、重復(fù)性好、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊等性能。根據(jù)工作原理，光開關(guān)可分機(jī)械式光開關(guān)和非機(jī)械式光開關(guān)兩大類。機(jī)械式光開關(guān)是靠移動光纖或光學(xué)元件等使光路發(fā)生改變達(dá)到通、斷的目的。2. 光開關(guān)的主要特性參數(shù)光開關(guān)的主要特性參數(shù)有插入損耗，隔離度，工作波長，消光比，開關(guān)時間等。 A插入損耗 插入損耗表示輸出端口的光功率比輸入端口的光功率減小，以分貝表示。 其表示式為式中分別為輸入端口和輸出端口的光功率。 B隔離度 光開關(guān)的隔離度定義為，用分貝表示的兩個相隔離的輸出端口的光功率的比值。表示式為式中為i端口輸入給n端口時，在n輸出端口和m輸出端口分別測得的光功率。 C消

21、光比 兩個窗口之間處于導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)的分貝表示的插入損耗之差。D開關(guān)時間 開關(guān)端口從某一初始狀態(tài)轉(zhuǎn)為“通”或“斷”所需要的時間，它從施加給開關(guān)或從開關(guān)撤去轉(zhuǎn)換能量的時刻起測量。3實驗操作光開關(guān)參數(shù)測量參考測試示意圖10進(jìn)行實驗操作。實驗中用到的光開關(guān)為機(jī)械式光開關(guān)，棱鏡的移動采用電磁鐵驅(qū)動方式。手持式光源光開關(guān)手持式光功率計圖10 光開關(guān)性能測試示意圖實驗九 波分復(fù)用（WDM）原理性實驗實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)光波分復(fù)用（WDM）的含義、意義；2操作雙波長波分復(fù)用（WDM）原理實驗實驗用具1310nm光信號源 1臺，1550nm光信號源 1臺 ，雙蹤示波器一臺， 1310 nm /1550 nm合波器

22、1只，1310 nm /1550 nm分波器1只，兩端帶PC/FC接頭光纖3米，紅外光接收器1臺，跳線2根，光纖活動接頭5個。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)是一種增加通信容量的技術(shù)。一根現(xiàn)有的普通單模光纖可傳輸?shù)膸挊O寬，僅1550nm傳輸窗口就可傳輸成千上萬個光信道。所以利用光波分復(fù)用技術(shù)的前景十分光明。光波分復(fù)用（WDM）也稱光頻分復(fù)用，兩者的物理原理相同。習(xí)慣上，光頻分復(fù)用是指光頻細(xì)分，即光信道非常密集；而光波分復(fù)用是指光頻粗分，光信道相隔較大，甚至在光纖的不同窗口上，其復(fù)用的信道也較少。波分復(fù)用是復(fù)用光纖信道。即指一根光纖中同時傳輸具有不同波長的幾個載波，而每個載波又各自載荷一

23、群數(shù)字信號。經(jīng)此光纖信道長距離傳輸，到終端由分波器將各載波分開，然后進(jìn)入到各自的通道，進(jìn)行分離解調(diào)，恢復(fù)各載波載送的信息?！皬?fù)用”分為單向復(fù)用和雙向復(fù)用，顯然，雙向復(fù)用的復(fù)用量將增大一倍。2操作雙波長波分復(fù)用（WDM）實驗光信號源1光信號源2合波器（WDM）分波器（WDM）示波器示波器 圖11 WDM原理實驗框圖 根據(jù)介紹的知識，參照原理框圖11，按老師要求操作實驗。實驗十 MZ光纖干涉實驗實驗?zāi)康? 了解MZ干涉的原理和用途；2實驗操作調(diào)試MZ干涉儀并進(jìn)行性能測試。實驗儀器用具 He-Ne 激光器1套；光纖干涉演示儀1套；633nm單模光纖1根；光纖切割刀1套。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1MZ干涉儀的原

24、理和用途以光纖取代傳統(tǒng)MZ（馬赫-澤得爾）干涉儀的空氣隙，就構(gòu)成了光纖型MZ干涉儀。這種干涉儀可用于制作光纖型光濾波器、光開關(guān)等多種光無源器件和傳感器，在光通信、光傳感領(lǐng)域有廣泛的用途，其應(yīng)用前景非常美好。光纖型MZ干涉儀實際上是由分束器構(gòu)成。當(dāng)相干光從光纖型分束器的輸入端輸入后，在分束器輸出端的兩根長度基本相同的單模光纖會合處產(chǎn)生干涉，形成干涉場。干涉場的光強(qiáng)分布（干涉條紋）與輸出端兩光纖的夾角及光程差相關(guān)。令夾角固定，那么外界因素改變的光程差直接和干涉場的光強(qiáng)分布（干涉條紋）相對應(yīng)。2 實驗操作（1） 按圖12所示仔細(xì)將光耦合進(jìn)光纖分束器的輸入端，此時可用光能量指示儀監(jiān)測，固定好位置；精心

25、調(diào)試分束器輸出端兩根光纖的相對位置，使其在會合處產(chǎn)生干涉條紋。 光纖耦合架 光纖耦合端面 輸出光 圖12 聚光器件耦合原理示意圖He-Ne激光器顯示屏幕分束器五維微調(diào)架（2） 固定調(diào)試好的相對位置，分析觀察到的現(xiàn)象。實驗十一 光纖溫度傳感原理實驗實驗?zāi)康?1了解傳感的意義； 2操作光纖溫度傳感原理實驗。實驗儀器用具 He-Ne 激光器1套；光纖干涉演示儀一套；633nm單模光纖1根；光纖切割刀一套。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1傳感的意義和傳感器定義 在信息社會中，人們的一切活動都是以信息的獲取和信息的交換為中心的。傳感器是信息技術(shù)的三大技術(shù)之一。隨著信息技術(shù)進(jìn)入新時期，傳感技術(shù)也進(jìn)入了新階段。“沒有傳感器

26、技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點已被全世界所公認(rèn)，因此，傳感技術(shù)受到各國的重視，特別是倍受發(fā)達(dá)國家的重視，我國也將傳感技術(shù)納入國家重點發(fā)展項目。 傳感器定義 能感受規(guī)定的被測的量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置稱為傳感器。 光纖傳感器有兩種，一種是通過傳感頭（調(diào)制器）感應(yīng)并轉(zhuǎn)換信息，光纖只作為傳輸線路；另一種則是光纖本身既是傳感元件，又是傳輸介質(zhì)。光纖傳感器的工作原理是，被測的量改變了光纖的傳輸參數(shù)或載波光波參數(shù)，這些參數(shù)隨待測信號的變化而變化。光信號的變化反映了待測物理量的變化。2實驗操作測量臂 光纖耦合架 光纖耦合端面 參考臂 圖13 溫度傳感原理示意圖 He-Ne激光器分束

27、器圖象顯示溫控箱五維微調(diào)架 本實驗中傳感量是溫度，溫度改變了光波的位相，通過對位相的測量來實現(xiàn)對溫度的測量。具體的測量技術(shù)是，運(yùn)用干涉測量技術(shù)把光波的相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度（振幅）變化，實現(xiàn)對溫度的檢測。操作步驟參考實驗十。光纖MZ型干涉儀進(jìn)行對溫度傳感的測量，利用干涉儀的一臂作參考臂，另一臂作測量臂（改變溫度），配以檢測顯示系統(tǒng)就可以實現(xiàn)對溫度傳感的觀測。本操作只對溫度引起光波參數(shù)改變作定性的干涉圖案的變化觀測。詳細(xì)的量化可參考專門資料。注：受溫變化光纖長度為360mm。實驗十二 光纖壓力傳感原理實驗實驗?zāi)康? 了解傳感的意義；2 操作光纖壓力傳感原理實驗。實驗儀器用具He-Ne 激光器1套；光

28、纖干涉演示儀一套；633nm單模光纖1根；光纖切割刀一套。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1 光纖MZ型壓力傳感原理MZ干涉儀型傳感器屬于雙光束干涉原理，由雙光束干涉的原理可知，干涉場的干涉光強(qiáng)為為干涉儀兩臂的光程差對應(yīng)的位相差，等于2整數(shù)倍時為干涉場的極大值。壓力改變了干涉儀其中一臂的光程，于是改變了干涉儀兩臂的光程差，即位相差，位相差的變化由按上式規(guī)律變化的光強(qiáng)反映出來。 2實驗操作測量臂 光纖耦合架 參考臂 圖13 壓力傳感原理示意圖 He-Ne激光器分束器圖象顯示壓力控制箱五維微調(diào)架 本實驗中傳感量是壓力，壓力改變了光波的位相，通過對位相的測量來實現(xiàn)對壓力的測量。具體的測量技術(shù)是運(yùn)用干涉測量技術(shù)把光波的

29、相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度（振幅）變化，實現(xiàn)對壓力的檢測。操作方案采用光纖干涉儀進(jìn)行對壓力傳感的測量，利用干涉儀的一臂作參考臂，另一臂作測量臂（改變應(yīng)力），配以檢測顯示系統(tǒng)就可以實現(xiàn)對壓力傳感的觀測。本操作只對壓力引起光波參數(shù)改變作定性的干涉圖案的變化觀測。詳細(xì)的量化可參考專門資料。注：變形光纖長度為60mm。實驗十三 光發(fā)射機(jī)消光比測量實驗實驗?zāi)康?了解光發(fā)射機(jī)消光比的含義和表示方法；2實驗操作光發(fā)射機(jī)消光比的測量。實驗用具帶外調(diào)制接口光源1臺；誤碼儀1臺；手持式光功率計1臺；跳線2根。學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1了解光發(fā)射機(jī)消光比的含義、表示方法； 消光比是光發(fā)射機(jī)的重要指標(biāo)之一。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)發(fā)

30、送的是“0”碼和“1”碼的光脈沖。理想的光發(fā)射機(jī)，在發(fā)射“0”碼時應(yīng)無光功率輸出，而實際使用中的光發(fā)射機(jī)，由于本身的缺陷，或者由于直流偏置選擇不當(dāng)，使得在發(fā)射“0”碼時也有光功率輸出。描述光發(fā)射機(jī)的這種性質(zhì)用消光比（EXT）來表示。其定義為消光比的增大將使接收機(jī)的靈敏度降低，消光比越大，靈敏度下降越厲害。因此，為了保證光接收機(jī)有足夠的靈敏度，通常要求光發(fā)射機(jī)的消光比小于10%。2 實驗操作光發(fā)射機(jī)消光比的測量 分別使數(shù)字光信號源輸出全“0碼”、 全“1碼”，直接用跳線將光信號源輸出的光輸入給光能量指示儀接收，記錄下相應(yīng)的光功率，由消光比（EXT）定義式即可算得其值。數(shù)字光信號源手持式光功率計圖

31、15 光發(fā)射機(jī)消光比測試框圖本實驗中的數(shù)字光信號源為由誤碼儀產(chǎn)生偽隨機(jī)碼調(diào)制的帶外調(diào)制接口的光源。實驗上可以分別測出光源加上偽隨機(jī)碼時的光功率和撤去偽隨機(jī)碼時的光功率，然后代入式子計算出即可。實驗十四 摻鉺光纖放大器原理性實驗實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)摻鉺光纖放大器的基本知識；2.實驗操作摻鉺光纖放大器的放大特性。實驗用具摻鉺光纖放大器1套； 光隔離器2個；手持式光源1臺； 手持式光功率計1臺；980 nm /1550 nm分波器（WDM）1個；外接電源1套；光纖活動接頭3個。 學(xué)習(xí)和實驗內(nèi)容1 學(xué)習(xí)摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本知識 （1）光纖放大器概念、用途 光放大器是實現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵性部件。光纖放大器有兩類，一類是使用一般傳輸光纖制作的光放大器，這是借助傳輸光纖材料的三階非線性效應(yīng)產(chǎn)生的增益機(jī)制而使光信號得以放大的一種分布式光纖放大器；另一類是利用光纖中的摻雜物質(zhì)引起激活機(jī)制實現(xiàn)光放大的光纖放大器，摻鉺光纖放大器屬于此類。摻鉺光纖放大器（EDFA）的出現(xiàn)和應(yīng)用，引起了光纖通信領(lǐng)域一場新的變革。稱EDFA是光纖通信史上的一個里程碑。 （2）EDFA的基本結(jié)構(gòu)和工作原理EDFA由摻鉺光纖、泵浦光源、耦合器（WDM）和光隔離器等幾部分組成。鉺光纖是放大器的工作物