光纤传感技术试验指导书2004试用版燕山大学信息科学与工程学院.docVIP

光纤传感技术实验指导书 （2004试用版） 燕山大学信息科学与工程学院光电子系 2004年9月 目 录 实验一 光纤无源器件的特性测试 ……………………………………1 实验二 LED光源I—P特性曲线测试……………………….……… 13 实验三 反射式光纤位移传感实验……………………………………30 实验一 光纤无源器件的特性测试 实验目的 了解光纤活动连接器、光分路器、光耦合器及光波分复用器的工作原理及其结构。 掌握光纤活动连接器、光分路器、光耦合器及光波分复用器的正确使用方法。 掌握它们的主要特性参数的测试方法。 实验仪器 光纤通信原理实验仪、光功率计、光纤活动连接器、光分路器、波分复用器、光纤跳线。 实验原理 （一）单模光纤活动连接器 一个完整的光纤线路是由许多光纤接续而成的。接续分为永久性的和可拆卸的两类，前者是用电弧放电法，使两根光纤端头熔化而连接在一起，后者是通过活动连接器使两根光纤的端面作机械接触。无论哪种接续，其基本的技术要点都是光纤模斑要匹配，光纤端面要平整，光纤轴线要对准。好的连接的标准是插入损耗小和反射损耗大。 光纤连接处的插入损耗和反射损耗的定义为 式中P1为入射光功率，P2为出射光功率，P3为反射光功率，如图1-1所示。由于连接处不可免的不连续性，P2＜P1，P3≠0。实质上，泄漏模和散射光造成Pl＞P2+P3，即使后向反射光P3小到可以略去不计，仍然有P1＞P2，即插入损耗存在。 图1-1 光纤连接处的功率关系 光纤活动连接器是可重复拆卸的无源器件。主要的技术要求除了插入损耗小、反射损耗大外，还有拆卸方便、互换性好、重复性好。光纤活动连接器种类很多，如平面对接式(FC型)、直接接触式(PC型)和矩形(SC型)活动连接器等。 1．FC型单模光纤活动连接器。 典型的FC型单模光纤活动连接器结构如图2-2 所示，它由套筒、插针体a、b和装在插针体中的光纤组成。将a、b两者同时插入套筒中再将螺旋拧紧，就完成了光纤的对接。两插针体端面磨成平面，外套一个弹簧对中套筒，使其压紧并精确对准定位。 图1-2 FC型单模光纤活动连接器 2．PC型单模光纤的活动连接器。 FC型连接器中的两根光纤处于平面接触状态，端面间不免有小的气隙，从而引起损耗和菲涅尔反射。改进的办法是把插针体端面抛磨成凸球面，这样就使被连接的两光纤端面直接接触。 FC型和PC型单模光纤活动连接器的插入损耗都小于0．5dB，而PC型结构可将反射损耗提高到40dB，光纤活动连接器的套筒和插针套管采用陶瓷材料后，光纤活动连接器的寿命(插拔次数)可大于10000，而温度范围可扩展至一40～+80℃。 3．SC型单模光纤活动连接器。 SC型单模光纤活动连接器如图1-3所示。与FC型、PC型活动连接器依靠螺旋锁紧对接光纤不同，SC型活动连接器只需轴向插拔操作，能自锁和开启，体积小，最适宜于高密度安装。 （二）光分路器 光分路器是一种光无源元件，用来将一路输入光功率分配成若干路输出,在光纤电视分配网络中特别需要将光发送机的大功率分配给一系列光接收机。从性能、可靠性、使用方便和价格等方面考虑，现在无例外地都采用熔锥型单模光纤耦合器构成1XN光分路器。 图1-3 SC型单模光纤活动连接器。 将2X2单模光纤耦合器（图1-4）的第4臂剪去，即得1X2光分路器,同法将3X3单模光纤耦合器（图1-5）的第5、6臂剪去即得1X3光分路器。 P1 P2 1 2 4 3 P4 P3 图1-4 2X2单模光纤耦合器 6 2 P2 P1 1 3 P3 5 4 P4 图1-5 3X3单模光纤耦合器 对于n≥4，有两个办法构造1Xn光分路器，其一是若干个1X2的光分路器的级联，其二是若干个1X2光分路器和1X3光分路器级联。 （三）光耦合器 光耦合器又称光定向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插入和分配的无源器