光纤专题论文

1、大学物理实验 光纤技术专题论文 学院电气工程学院 实验时间2012年9月21日至2012年10月12日 光纤技术专题实验论文 摘要：了解光纤的结构和一般性质，学习光纤的耦合，传输及传感特性 及其在 通讯和传感领域中的应用。 关键词：光源与光纤特性，光信号传输，光纤传感 开篇语： 9月21日，28 H, 10月12日我小组分三次完成了光纤专题 的实验, 分别是光源与光纤特性、光信号传输和光纤传感。在实验过程中学习和了解到 了许多关于光纤及光纤传输的知识，特别是如何耦合光 纤的技巧与方法。 光纤是光导纤维的简称，是由石英玻璃或塑料制成的很细的纤维状物质， 是一种导引光波的新型传输介质。光纤实际是指

2、由透明材料做成的纤芯和在它 周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射 入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。 般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。 光纤有两项主要特性：即损耗和色散。人们利用光纤作为光的传输介质的 研究工作经历了一段艰辛的道路。目前，光纤在通讯，传感，激光治疗，激光 加工等许多方面都获得广泛应用，但其最主要的应用领域是光纤通讯和光纤传 感。 光纤通讯： 光纤通讯，是指一种利用光与光纤传递资讯的一种方式。属于有线 通信的一种。光经过调变后便能携带资讯，具有传输容量大，保密性好等优 点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信

3、方式。将需传送 的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载 波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调 出原来的信息。光纤传感技术是20世纪70年代伴随光 纤通信技术的发展而迅 速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感 知和传输外界被测量信号的新 型传感技术。作为被测量信号载体的光波 和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的 优点，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应 用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。 实验过程： 一、光源与光纤特性 在第一次的实验课程中，我们首先绘制出了半

4、导体激光器的电光特 性曲 线，并求出了阈值电流（293mA） 阳車An 光源与光线特性2图 电 S/mA 接下来就是实验中最重要的部分一一光纤耦合。 在耦合之前，要对光纤做必要的处理，我们有多次的尝试，很大一部分时 间都用在了光纤耦合上。处理光纤端面对整个实验的影响很大，端面很容易断 裂，一旦实验中发现光斑发散，或者耦合过小时（功率大小常常过不了 100 小），必须及时重切光纤。这个过程考验了我们的耐心和细心程度，也增强了我 们之间的默契。 光纤耦合好之后，实验也就已经完成了大半，紧接着我们测量了光 纤的数 值孔径，并通过计算求出了具体数值。 二、光信号传输 光信号的传输主要考查了对示波器的运

5、用能力。在上述实验一的基 础上耦合好光纤，用信号线将实验仪发射面板中的输出波形与示波器面板的 CH1通道相连，通过观CH通道波形和耦合后CH2通道波形，即 可测量出光在 光纤中传输的时间。 耦合依旧是一个比较重要的部分，如果耦合的越成功，矩形波就越明 显，对实验数据来说也就越好。第二次实验的耦合效率比实验一高很多。 光信号传输的基本原理： 传光原理是全反射原理，调制其幅度以携带信号，以折射和反射的方式行 走（传输）。光的折射原理，光从密度高的介质射到密度低的介质时就会折 射。因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一 种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。 折射光的

6、角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一 角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全 反射。不同的 物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有 不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光 纤通讯 就是基于以上原理而形成的。 三、光纤传感 光纤传感包含对外界信号的感知和传输两种功能。感知，是指外界 信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量如强度、波 长、频率、相位和偏振态等发生变化，测量光参量的变化即“感知”外界信号 的变化。这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传 播的光波实时调制。所谓 传输，是指光纤将受到外界信号调制的光

7、波传输到光探测器 进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就 是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信 号如何 调制光纤中的光波参量的调制技术及如何从被调制的光波中提取外界信号的解 调技术。 反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。光纤采用Y型结 构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源 光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再 被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表 面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表 面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的

8、距离的变化而变 化。当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反 射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增 加而减小。 实验三是绘制反射式位移传感器的调整特性曲线，利用这条特性曲线可 以通过对光强的检测得到位移量。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测 量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。在第三次实验中我们使用反射 式光线位移传感器进行测量，并每隔0lmm进行记录，一共记 录5mm。用得出 的数据绘出调制特性曲线，了解光纤传感器的工作原理。且得出的曲线基本与 教材相符。 光纤压力传感图 结束语: 光纤专题实验使我对光纤的结构，原理以及各方面的应用有了更 深刻的认识，实验过程虽然遇到了许多问题，但是在老师的指导和合作者的努 力下，这些问题都被一一