光纤光学特性测量实验预习要求
光纤实验(一)指导书
《光纤技术实验》（一）武汉理工大学物理系2006－2－10目录ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介 (I)光纤实验箱使用注意事项 (V)无源器件简介 ............................................................................................................. V I 上篇光纤光学实验一光纤光学基本知识演示实验 (2)实验二光纤与光源耦合方法实验 (4)实验三多模光纤数值孔径（NA）测量实验 (7)实验四多模光纤插入损耗测试实验 (10)实验五单模光纤弯曲损耗测试实验 (13)实验六光纤活动连接器损耗测试实验 (16)实验七分路器插入损耗和分光比测试实验 (19)实验八波分复用器插入损耗和光串扰测试实验 (22)实验九光纤隔离器参数测量实验 (25)下篇光纤通信原理与技术实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (28)实验二发光二极管P-I特性测试曲线 (32)实验三模拟信号光纤传输实验 (35)实验四数字信号光纤传输实验 (39)实验五电话光纤传输系统实验 (42)实验六图像光纤传输系统实验 (45)实验七系统眼图、抖动测试实验 (48)实验八时分复用解复用实验 (53)实验九波分复用技术实验 (57)实验十光纤线路接口码型HDB3编译码实验 (60)实验十一数字光接收机性能测试实验 (66)ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介本实验箱是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。
一、产品的系统特点光纤H1型实验箱注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。
整个系统分电接口终端、光接口终端和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。
实验一光纤的几何特性测试实验
实验一光纤的几何特性测试实验姓名：学号：一、实验的目的和意义1、了解光纤的基本结构2、学习光纤的处理方法，包括光纤的剥线、端面切割和清洗等等方法3、利用显微镜并结合探测器放大分别观察单模和多模光纤端面结构4、学会Matlab处理实验数据5、掌握光学实验注意事项和实验室安全隐患及事故处理方法光纤的应用越来越广泛，了解光纤的机构、性能具有十分重要的意义。
光学主要有纤芯和包层组成，纤芯由高度透明的介质组成，包层是折射率低于纤芯折射率的介质，并经过严格的工艺制成光纤，光纤还要由多层保护层保护，起着增强机械性能、保护光纤的作用。
光纤的结构特性影响光纤的特性，并决定着光纤的用途，低损耗、高效率一直都是光纤的发展目标，光纤的各种特性参数（保护几何参数、传光特性、加载特性、微弯特性等）的测量时光纤应用的重要依据，同时也促进各种测量技术的发展。
[1]光纤按折射率分布可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤，按模式可以分为单模光纤和多模光纤。
光纤的损耗因素众多，包括传输损耗、连接损耗、弯曲损耗、色散吸收损耗等等，光纤损耗可以用光时域反射技术等测量。
[2]本实验希望通过观测光纤的结构参数来测试光纤的性能，并更好的理解光纤的特性，观察光纤结构分析其带来的损耗影响。
因为光纤较脆弱，所以日常使用的光纤有多层保护，所以首先要获取只有包层和纤芯的裸纤，然后采用显微镜结合电子探测器探测放大得到光纤的端面图像，从而分析其性能等。
[3]二、实验的系统结构和实验步骤1、实验的系统结构实验主要包括制作裸纤端面样本和观察端面结构两个部分，需借助剥线器得到裸纤，并进行端面处理，将得到的样本放在显微镜—探测器放大系统下观察，并利用计算机获取处理数据。
实验系统的基本结构图如下：2、实验仪器光纤、剥线钳、剪刀、棉球、酒精、光纤切割机、基片、双面胶、显微镜、探测器、电脑3、实验步骤(1)制作光纤端面样品日常使用的光纤都经过多层保护处理，而我们实验所需的是由纤芯和包层组成的裸纤，并且由于光纤由折射率不同的纤芯包层组成、对缺损很敏感以及连接损耗等原因，必须使用专用的光纤切割机处理端面，这样才能更好的观察或熔接等加工处理。
光纤的光学特性实验报告
一、实验目的1. 了解光纤的基本结构和光学特性。
2. 学习测量光纤的数值孔径、截止波长等关键参数。
3. 掌握光纤的光学特性实验方法及数据分析。
二、实验原理光纤是一种利用光的全反射原理进行信息传输的介质。
光纤的光学特性主要包括数值孔径（NA）、截止波长、衰减系数等。
本实验主要测量光纤的数值孔径和截止波长。
三、实验仪器与设备1. 光纤测试仪2. 氦氖激光器3. 光纤耦合器4. 光纤切割机5. 光纤剥皮器6. 光纤微弯器7. 光纤测试软件四、实验步骤1. 光纤制备：将待测光纤两端分别进行剥皮、切割和清洁处理，确保光纤端面平整。
2. 光纤连接：将激光器输出端连接到光纤耦合器，光纤耦合器另一端连接到待测光纤。
3. 数值孔径测量：- 调整激光器输出功率，使光斑在光纤端面中心。
- 将光纤微弯器放置在光纤另一端，调整微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。
- 记录光斑移出光纤端面的角度，即为光纤的数值孔径。
4. 截止波长测量：- 将激光器输出波长设置为一定值。
- 调整光纤微弯器角度，使光斑从光纤端面中心移出。
- 逐渐减小激光器输出波长，直至光斑不再从光纤端面中心移出，记录此时的波长，即为光纤的截止波长。
五、实验结果与分析1. 数值孔径测量结果：本实验测得光纤的数值孔径为0.22。
2. 截止波长测量结果：本实验测得光纤的截止波长为1550nm。
六、讨论1. 数值孔径是光纤的重要参数之一，它决定了光纤的色散和模场直径。
本实验测得光纤的数值孔径为0.22，符合普通单模光纤的数值孔径范围。
2. 截止波长是光纤的一个重要参数，它决定了光纤的传输带宽。
本实验测得光纤的截止波长为1550nm，说明该光纤适用于1550nm波段的光通信。
七、结论通过本次实验，我们成功测量了光纤的数值孔径和截止波长，掌握了光纤的光学特性实验方法。
实验结果表明，该光纤符合普通单模光纤的特性，可用于1550nm波段的光通信。
八、实验心得本次实验让我们对光纤的光学特性有了更深入的了解，也提高了我们的实验操作技能。
光纤基础实验教学指导
光纤基础实验教学指导光导纤维（optical fiber），简称光纤，是一种可传导光波的玻璃纤维。
光纤在20世纪50年代首先应用于图像传输，主要在医学上用于观察人体内部。
当时用的光纤传输损耗很大，即使最透明的优质光学玻璃，损耗也达到1000dB/km。
在理论的指导下，人们不断改进光纤制造工艺，光纤的损耗已经达到2dB/km。
从而使长距离多路通信传输成为可能。
随着光纤研究的深入，人们发现某些光纤易受温度、压力、电场、和磁场等环境因素的影响，导致光强、相位、频率、偏振态和波长的变化。
光纤无需其他中介就能把待测量和光纤内的传导光联系起来，能够很容易的制成以光纤为传感媒质的传感器。
从而诞生了一门全新的光纤传感技术。
它的基本工作原理是：将稳定光源发出的光送入光纤并传输到测量现场，在测量现场的被测量对光的特性，如光的振幅、偏振态、相位、频率等进行调制，然后由同一根光纤或另一根光纤返回到光探测器，根据光特性的变化测出被测信号。
或者把光信号转化为电信号后进行测量。
光纤传感器以其高灵敏度，抗电磁干扰，可绕曲，结构简单，体积小，易于微机连接，便于遥测等优点，获得广泛应用。
本实验将学习光纤的光学特性数值孔径的测试方法、光纤的切割、耦合的理论知识和实验方法，光纤Mach－Zehnder干涉仪的原理，对温度和应变传感的测量。
一、教学目的1、掌握光纤端面制备方法和光纤端面耦合方法。
2、数值孔径的概念和测量方法。
二、教学要求1、实验三小时完成。
2、学习训练光纤端面制备技术。
3、学习掌握光纤与光源耦合技术。
4、定性观察M－Z双光纤干涉实验。
三、教学重点和难点1、重点：数值孔径的测量。
2、难点：光纤端面制备技巧。
四、讲授内容（约20分钟）1．光纤结构图1是光纤结构示意图。
它呈同心圆柱状，在折射率为n1的圆柱形纤芯外面是折射率为n2（n1>n2）的同心圆柱包层。
纤芯的作用是传导光波，包层的作用是将光波封闭在纤芯中传播。
光纤是玻璃细丝，性脆，易折断，为此在包层的外面又加上涂敷层，它一般由硅桐树脂或丙烯盐酸材料制成，可增加光纤的韧性和机械强度，防止光纤受外界损伤。
光纤光学与半导体激光特性实验指导书
光纤光学与半导体激光特性实验指导书光纤光学与半导体激光器的电光特性20世纪70年代光纤制造技术和半导体激光器技术的突破性发展，光纤通信已成为现代社会最主要的通信手段之一。
本实验利用通信用单模光纤和可见光（红光）半导体激光器对光通信过程进行了一个开放的、原理性的模拟，以期通过实际操作，对光纤本身的光学特性和半导体激光器的电光特性进行一个初步的研究。
使学生对光纤和半导体激光器有一个基本的了解和认识。
一．实验目的1．理解和巩固光学的基本原理和知识；2．了解掌握光纤的使用技巧和处理方法；3．了解掌握半导体激光器的使用方法和电光特性；4、了解掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法。
二．基本原理光纤通信的光学理论是建立在光的全反射理论和波导理论上的。
现代光通信中使用的光纤一般分为单模光纤和多模光纤两种。
它们在结构上的区别主要在于纤芯的几何尺寸上，图1是光纤结构图。
它由三层结构构成：（1）纤芯：由掺有少量其他元素的石英玻璃构成（为提高折射率），对于单模光纤，直径约9.2 mm，而对于多模光纤，纤芯直径一般为50 mm。
这是它们在结构上的最主要区别。
（2）包层：由石英玻璃构成，但由于成分的差异它的折射率比纤芯的折射率略微低一些，以形成全反射条件。
直径约为125 mm。
（3）涂覆层：为了增加光纤的强度和抗弯性、保护光纤，在包层外涂覆了塑料或树脂保护层。
其直径约245 mm。
激光主要在纤芯和包层中传播。
图1 光纤结构示意图1．光纤端面的处理为了使激光在输入光纤和输出光纤时有一个理想的状态，如较高的耦合效率，均匀对称的光斑和模式。
一般均需要对光纤的端面进行较为细致的处理。
一般光纤端面的处理有两种主要方法。
一种是使用专用刀具进行切割。
另一种为研磨处理。
在本实验中，采用较为简单的手工刀具切割，以使光纤端面较为平整。
2．光纤的耦合和耦合效率在本实验中，光纤的耦合是指将激光从光纤端面输入光纤，以使激光可沿着光纤进行传输。
在这里采用了一套有五个自由度的调整机构来进行光纤的耦合。
光纤特性实验实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过对光纤特性的研究，了解光纤的基本原理、结构以及传输特性，为后续的光纤通信技术学习和应用奠定基础。
实验内容主要包括光纤的折射率、损耗、色散等特性的测量和分析。
二、实验原理光纤是一种利用光的全反射原理进行光信号传输的介质。
根据传输模式的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
单模光纤只能传输一个光波，具有低损耗、低色散等优点，适用于长距离通信；多模光纤可以传输多个光波，具有低成本、易于制造等优点，适用于短距离通信。
三、实验仪器与材料1. 光纤实验箱2. 光纤光源3. 光功率计4. 光纤耦合器5. 光纤跳线6. 光纤衰减器7. 光纤连接器8. 示波器9. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 光纤连接与测试（1）将光纤光源、光纤跳线、光纤耦合器、光功率计等设备按照实验要求连接好。
（2）打开实验箱，确保光纤连接正确无误。
（3）调整光源功率，使光功率在合适范围内。
2. 光纤损耗测量（1）将光功率计设置为“功率模式”。
（2）将光纤跳线连接到光功率计的输入端，记录光功率计显示的功率值P1。
（3）将光纤跳线的一端连接到光纤光源的输出端，另一端连接到光功率计的输入端，记录光功率计显示的功率值P2。
（4）计算光纤损耗：L = 10lg(P1/P2)。
3. 光纤色散测量（1）将示波器设置为“频谱分析模式”。
（2）将光纤跳线连接到示波器的输入端，记录示波器显示的频谱图。
（3）根据频谱图，分析光纤的色散特性。
4. 光纤折射率测量（1）将光纤光源、光纤跳线、光纤耦合器、光功率计等设备按照实验要求连接好。
（2）调整光源功率，使光功率在合适范围内。
（3）将光纤跳线的一端连接到光纤光源的输出端，另一端连接到光功率计的输入端，记录光功率计显示的功率值P1。
（4）将光纤跳线的一端连接到光纤耦合器的输入端，另一端连接到光功率计的输入端，记录光功率计显示的功率值P2。
（5）根据光纤损耗公式，计算光纤的折射率：n = sqrt(P1/P2)。
光纤基本特性测试实验报告
实验报告课程名称： 光通信技术实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：光纤基本特性测试（一）实验类型： 基础型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得实验1-2 光纤数值孔径性质和测量一、实验目的和要求1、熟悉光纤数值孔径的定义和物理意义2、掌握测量光纤数值孔径的基本方法二、实验内容和原理光纤数值孔径（NA ）是光纤能接收光辐射角度范围的参数，同时它也是表征光纤和光源、光检测器及其它光纤耦合时的耦合效率的重要参数。
图一表示阶梯多模光纤可接收的光锥范围。
因此光纤数值孔径就代表光纤能传输光能的大小，光纤的NA 大，传输能量本领大。
NA 的定义式是：式中n0 为光纤周围介质的折射率，θ为最大接受角。
n1和n2分别为光纤纤芯和包层的折射率。
光纤在均匀光场下，其远场功率角分布与理论数值孔径NAm 有如下关系：其中θ是远场辐射角，Ka 是比例因子，由下式给出：专业：姓名：学号： 日期： 地点：装订线式中P(0)与P(θ)分别为θ= 0和θ=θ处远场辐射功率，g 为光纤折射率分布参数。
计算结果表明，若取P(θ) / P(0) = 5%，在g≥2时Ka的值大于0.975。
因此可将P(θ)曲线上光功率下降到θ的正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有效数值孔径：中心值的5%处所对应的角度e本实验正是根据上述原理和光路可逆原理来进行的。
三、主要仪器设备He-Ne 激光器、读数旋转台、塑料光纤、光纤微调架、毫米尺、白屏、短波长光功率计一套（功率显示仪1件、短波光探测器1只）。
四、实验步骤方法一：光斑法测量（如图２）1、实验系统调整；a．调整He-Ne激光管，使激光束平行于实验平台面；b．调整旋转台，使He-Ne激光束通过旋转轴线；c．放置待测光纤在光纤微调架上，使光纤一端与激光束耦合，另一端与短波光探测器正确连接；d．仔细调节光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台的旋转轴心线上，并辅助调节旋转台使光纤的输出功率最大。
光纤实验实训报告
1. 熟悉光纤的基本结构和光学特性。
2. 掌握光纤的连接方法和熔接技术。
3. 了解光纤通信系统的基本原理和应用。
4. 提高动手操作能力和实验技能。
二、实验内容1. 光纤的基本结构及光学特性2. 光纤熔接技术3. 光纤通信系统基本原理与应用三、实验原理1. 光纤的基本结构：光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯的折射率高于包层，使得光在纤芯与包层的界面发生全反射，从而实现光的传输。
2. 光纤熔接技术：利用光纤熔接机将两根光纤的端面熔接在一起，形成低损耗的连接。
3. 光纤通信系统基本原理：利用光纤作为传输介质，将电信号转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换为电信号。
四、实验仪器与材料1. 光纤熔接机2. 光纤测试仪3. 光纤跳线4. 光纤耦合器5. 光纤连接器6. 光纤7. 电源1. 光纤基本结构及光学特性观察- 观察光纤的结构，了解纤芯、包层和涂覆层的组成。
- 使用光纤测试仪测量光纤的折射率、衰减等参数。
2. 光纤熔接技术- 准备两根光纤，将光纤端面切割平整。
- 使用光纤熔接机将两根光纤熔接在一起。
- 使用光纤测试仪测试熔接点的衰减。
3. 光纤通信系统基本原理与应用- 搭建光纤通信系统，包括光发射机、光纤、光接收机等。
- 使用信号发生器发送信号，通过光纤传输，再由光接收机接收并恢复信号。
- 测试通信系统的传输速率、误码率等指标。
六、实验结果与分析1. 光纤基本结构及光学特性观察- 观察到光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯的折射率高于包层。
- 光纤测试仪测量结果显示，光纤的衰减系数为0.2dB/km，折射率为1.5。
2. 光纤熔接技术- 熔接完成后，使用光纤测试仪测试熔接点的衰减，结果显示衰减小于0.1dB。
3. 光纤通信系统基本原理与应用- 搭建的光纤通信系统能够正常传输信号，传输速率达到10Mbps，误码率为0。
七、实验总结通过本次实验，我们熟悉了光纤的基本结构、光学特性，掌握了光纤熔接技术，了解了光纤通信系统的基本原理和应用。
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《光纤光学与半导体激光器电光特性实验》预习要求
（一）通过认真阅读讲义及查阅相关资料，达到下列目标：
了解半导体激光器的电光特性和光纤的基本结构及相关重要参数。
结合激光器-光纤耦合的基本原理,掌握正确有效的光路调整方法。
掌握利用作图法获得半导体激光器阈值电流的方法。
掌握光纤的耦合效率和数值孔径的概念及其测量方法。
初步了解光纤通信原理。
（以上不需写在预习报告中）
（二）在预习报告中回答下列预习题：
1.根据自己的理解及参考资料，用示意图和文字简单描述一下激光在不同入射角下在纤芯
和包层界面发生的折射和反射现象（只考虑轴截面内传输情形）；
2.测量半导体激光器电光特性曲线的目的是什么？设计一种简单的测量电光特性曲线的
方法，并列出需要的仪器设备；
3.查阅资料，列举出三种常见的激光器-光纤耦合方式；
4.提高激光器-光纤耦合效率的目的是什么？简要解释；
5.在本实验开始前和结束后有哪些准备和收尾工作需要处理？
6.结合教材及自己的理解，简要叙述一下入射光路的调整方法；
7.简要说明光纤数值孔径的含义及测量方法和过程；
8.初步设计出相应的数据记录表格。
（三）预习思考题（不需写在报告上，上课提问）
1.叙述光纤的结构及各部分的功能；
2.光纤的数值孔径如何定义？写出测量公式并解释其意义；
3.本实验中有哪些注意事项？
（四）拓展题（选做）
1.测量光纤的数值孔径，除了远场强度法，还有哪些常用的测量方法？
2.单模光纤与多模光纤的区别有哪些；
3.模拟信号与数字信号的传输形式有何异同。