1、強度法測量光纖數值孔徑第1頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗目的1.了解透射式光纖傳感器工作原理及其特性 2.了解并掌握透射式光纖傳感器測量光纖數值孔徑的方法 3.學會光纖傳感器的制作第2頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗裝置光纖數值孔徑實驗儀 1臺 透射式光纖傳感器 2根 連接導線 若干 電源線 1根 機械系統 1套 第3頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗原理（一）光纖數值孔徑NA（Numerical Aperture） 定義 當光線射到兩種不同的界面上時將產生發射和折射。在纖芯包層界面上，臨 界角c （即折射角為

2、/2時的入射角）按斯涅爾折射定律可得出： c= arcsin n1 / n2 （5-1） 其中：n1 是纖芯折射率，n2 是包層折射率第4頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗原理圖第5頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗原理（二）（2）遠場強度法測量光纖數值孔徑 光纖數值孔徑的另一種定義是遠場強度法定義的有效數值孔徑 NAeff。NAeff 是通過測量光纖遠場強度分布來確定的。 它被定義為光纖遠場光強輻射圖上光強 值下降到最大值的5處半張角的正弦值， CCITT規定的就是這種光纖數值孔徑， z P d d 5% 5% x2 光纖端 c 光纖端面和

3、接收（輸出）光纖端面對芯時的兩光纖端 面間的距離；d 為（當 z 一定時）接收光強下降到最大值的 5時，接收光纖沿 著 x軸移動時所對應的位移值之間差值的1/2。第6頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗步驟（一）光路機械組裝，按照所提供的電路圖組裝。 按照圖把對射式光纖傳感器一端（鋼管封裝端）安裝在光纖 支架上，發射光纖、接收光纖另外一端（塑料光纖連接器封裝端）分別插入實驗 板上的光源座孔和探測器PD座孔上。完成對芯。 調節中螺旋測微絲桿、與光纖支架鎖緊螺絲，使兩光纖端 面接觸在一起，且大致共軸。然后打開電源開關，繼續微調調節圖5-3和5-4中 螺旋測微絲桿與光纖支架鎖

4、緊螺絲， 并且調節光纖卡架上的白色圓形螺栓來調 整兩光纖豎直方向的高度，直到電壓表讀數最大，則認為兩光纖已經對芯完成。調節圖5-8中螺旋測微絲桿使兩光纖端面間距（z）在1.5-2mm間。第7頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三實驗步驟（二）打開電源開關，電路板上相應的線路接好，調節測螺旋測微絲 桿使發射光纖與接收光纖間距大于6mm，調節調零旋鈕使得電壓表讀數為零。 調節測螺旋測微絲桿使接收光纖移動，檔位開關調節到“20V”檔位， 把增益調節到適當檔位，對芯時最大電壓不要超過5V為宜，每隔0.05mm觀察電 壓表讀數變化，把位移與電壓記錄在表一中。 根據表一在Excel繪制曲

5、線。分析曲線。計算出 % 5 max ? I （或者 % 5 max ? U ）在得到的曲線中，找到 % 5 max ? I （或者 % 5 max ? U ）所對應的x2 與 x1。 根據圖5-1計算出光纖數值孔徑NA。關閉電源。第8頁，共10頁，2022年，5月20日，9點45分，星期三注意事項1、影響測量精度的因素有哪些？如何避免？ 2、根據特性曲線，試想一下透射式光纖傳感器可以用于哪些環境中測量？ 3、室內光線對測試數據有何影響？如何解決？ 4、比較遠場強度法與光斑法測量NA的優缺點？ 5、如果發射光纖采用石英光纖，接收光纖采用塑料光纖，測量的數值孔徑 是石英光纖的數值孔徑？還是塑料光纖數值孔徑？結果偏大還是偏小？ 6、測量中，z=0.