光斑法测量数值孔径NA.ppt

武汉职业技术学院——光纤光缆实训
1、学会光纤端面处理技术
2、学会光斑的调试、掌握光纤与光源的耦合方法
3、了解并掌握远场光斑法测量光纤数值孔径的方法
4、了解光纤数值孔径的物理意义1、数值孔径定义
数值孔径是多模光纤的一个重要光学参数，它表征多模光纤集光能力大小及与光源相和难易程度，同时对连接损耗、微弯损耗、宏弯损耗、衰减温度特性和传输带宽等都有影响。通常，根据折射率分布测量方法将数值孔径定义如下：（1）最大理论数值孔径NAth
（2）远场数值孔径NAff
远场数值孔径是通过测量光纤远场分布确定的。远场数值孔径NAFF的定义为光线远场辐射图上光强下降到最大5%的半角（θm）的正弦值。
NAff=sinθm（4-2）
(3)NAth与NAff之间的关系
NAth与NAff之间的关系与测量波长有关。测量远场光强分布大多在850nm波长上进行,而测量折射率分布通常则在540nm或633nm波长上进行。对于这些波长，NAth与NAff之间的关系如下:
NAff=KαNAth（4-3）
其中θ是远场辐射半角，Kα是比例因子，由下式给出

式中P（0）与P（θ）分别是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），在g>2时Kα的值大于0.975。因此可将对应与P（θ）曲线上功率下降到中心最大值的5%处的角度θe的正弦值定义为光纤的数值孔径，称之为有效数值孔径：NAeff=sinθe（4-4）
有效数值孔径与理论数值孔径的关系由（4-3）和（4-4）两式给出。式中：k—修正系数，取值为0.95和0.96，它们分别对应的测量波长为540nm和633nm。
通常，我们应将650nm波长上测得的NAff作为光纤数值孔径。光纤数值孔径可直接通过测量850nm波长上的远场光强分布获得，或间接由NAth获得。
半导体激光器及电源、读数旋转平台、光纤微调架、游标卡尺、观察屏。
实验系统如图4-1所示
如图4-1作粗略的估测，在暗室中将光纤出射的远场通过坐标格投影到观察屏上，测量出射光纤到观察屏的距离L和光斑直径D而求得θe1、打开半导体激光器电源，校正实验系统:
(1)调整半导体激光器，使激光束平行于实验台面；
(2)调整旋转台，使半导体激光器发出的激光束通过旋转轴线；
(3)取待测光纤，处理光纤两端面之后，一端经旋转台上的光纤微调架与激光束耦合，另一端对准观察屏；
(4)调节光纤微调架上的聚焦透镜，使透镜出光光束尽可能细，且使光束耦合进入光纤；
(5)仔细调整5维光纤微调架，使光纤端面准确位于旋转台轴心线上，并辅助调节调节架各部分装置，使光纤输出功率最大，衡量标准是观察屏上出现一个很亮、圆形、红色光斑；
(6)当光纤出光端比较亮时，不要长时间直视光纤出光端，以免伤害眼睛。
2、测试输出孔径角θm
(1)固定光纤输出端；
(2)置遮光屏距光纤输出端L处，则在遮光屏上显示出光纤输出光斑，其直径为D；
(3)用游标卡尺准确测量L和D值（测量多次取其平均值），则得输出孔径角为:

3、计算光纤数值孔径：
NA=sinθm
4、关掉Hｅ—Nｅ激光器电源，实验结束。

四、实验有收获！Thankyou!