[发明专利]一种测定光导纤维的数值孔径和衰减系数的实验设备

说明书

技术领域

本发明涉及参数测定领域，具体涉及一种用于光导纤维的参数测定的实验设备。

背景技术

随着光通信技术的飞速发展，光导纤维即光纤的应用已非常普及。数值孔径表征光纤的集光能力，衰减系数反应光纤的传输损耗。这两个参数的准确测定对光纤质量的评定和光纤通信系统的传输距离的确定起着非常重要的作用。大学物理实验中，由于数值孔径和衰减系数的测量方法以及仪器的不同，通常分别使用两套仪器测量。测量装置繁多，步骤复杂，测试时间长，仪器设备没有高效利用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种实验设备，其可以同时完成光纤的数值孔径和衰减系数的测量，从而简化测试过程，提高设备利用率，节省时间。

数值孔径的测量

数值孔径（NA）有两种定义方式：一是最大理论数值孔径，二是远场强度有效数值孔径NA_eff。NA_eff定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值5%处的半张角的正弦值。通常测定的为远场强度有效数值孔径NA_eff，因而本发明也旨在对该有效数值孔径进行测定，可以通过测量光通过光纤后光强的变化来有效测定数值孔径。

衰减系数β的测量

为了测量衰减系数β，一般是使同样角分布的激光束分别通过长度为L₁和L₂的两根材料相同的光纤，分别测量经过两根光纤后的透射光强I₁和I₂，从而得到：

I₁=I₀(1-R)²(1-A)ⁿe^-βL1       （1）

I₂=I₀(1-R)²(1-A)^n’e^-βL2     （2）

其中，入射光强为I₀，对于两根光纤采用相同的入射光强，R为端面的光强反射率，A为全反射的损失率，n、n’分别为光在两根光纤中的全反射次数，如果L₁和L₂相差不多，n≈n’。可选用不同长度例如80mm和60mm,40mm和30mm，两者长度不能相差大于20mm。当相差超过20mm时，由于全反射的损失率A不便测量，将引入较大误差。

式(1)/(2)，得到I1/I2=e-β（L1-L2）=e-β△L，△L=L1-L2为两根光纤的长度差，两边取自然对数，得光纤的衰减系数β=(lnI₂-lnI₁)/△L。

在数值孔径的测量中，需要不断调整入射光束在光纤端面的入射角来得到光纤远场辐射图。一般现有技术中，采用转动光纤或采用转动光源的方式来调整入射光束在光纤端面的入射角。其通常情况下要求入射光束一般限定为平行光束，以保证转动过程中，入射光束的所有光线的入射角是相同的并且入射到光纤端面的光量保持不变。否则，转动过程中，无法保证入射光量和角度，这会导致光强曲线图的基准不一致。整个测量过程需要一根光纤，进行一次测量即可得出结果。

在现有技术中，测量衰减系数时，不需要改变入射光束中光线的入射角，即不需要转动光纤或是光源，但需要分别对两根光纤先后进行测量。因此，需要将入射光线汇聚到一起，照射到光纤的端面上，以保证每次的透射光强相同。整个测量过程需要两根光纤，进行两次测量，计算可得结果。

为了采用同一套设备测量数值孔径和衰减系数两种参数，需找到两者的相通点。本申请的发明人发现，数值孔径和衰减系数最后都与光通过光纤后的光强大小相关。基于此，本申请的发明人设计了本发明的实验设备。

具体而言，本发明提出一种测定光导纤维的数值孔径和衰减系数的实验设备，所述实验设备包括：光源、聚焦装置、多个光强传感器、准直管、遮光盒、半反半透镜、处理器、角度传感器、第一致动装置、第二致动装置，其中，所述实验设备对相同构造、不同长度的第一待测光纤和第二待测光纤进行测量，

所述光源用于发射激光束；

所述聚焦装置对所述激光束进行会聚，并且在所述聚焦装置的焦点附近设置第一光强传感器；

所述第一待测光纤的第一端面接收所述激光束并在所述第一待测光纤的第二端面处输出所述激光束，在所述第一待测光纤的第二端面处设置第二光强传感器；