实验目的1 掌握光纤的制备技术，包括去除敷层，切割光纤和处理端面。2 测量通信级光纤的数值孔径。实验原理1.光纤的几何构造一般裸光纤具有纤心，包层及敷层（外套）的三层结构，芯和包层由硅玻璃组成，典型单模光纤的芯径为4-8m，多模光纤为50-100m，几何形状为圆对称，包层直径一般达百微米以上，敷层是一个保护外套，直径一般达百微米或几百微米，由塑料制成，也有用极薄的清漆或丙烯酸制作。2.光纤的机械特性在测量光纤的数值孔径之前，需要对光纤端面进行处理，即获得一个垂直平整端面。这将采用划裂拉断方法完成，原理是先用刀片在去除敷层后的光纤上沿垂直方向划开一个小裂口，然后从光纤两头贴近裂口处沿水平方向拉动光纤，使裂缝穿过光纤并使光纤断裂，在垂直于光纤轴方向形成平整截面。切割后光纤端面的一些情况如图所示，实验中可以通过显微镜进行观察。理论上,玻璃光纤的开裂强度可达 （）。 但由于光纤的不均匀性和缺陷（比如裂口），强度会降低。当裂口顶端的应力等于理论断裂强度时，断裂即发生。裂口可从顶端开始引起原子键的连续断裂。这就是直的裂口产生平的开裂的光纤端面的原因。当光纤保持柔性时（比如弯曲状态）,光纤需要有高的强度。而光纤弯曲时裂缝通常出现在高应力点,当一根半径为的光纤弯曲到曲率半径时，光纤上的表面应力是光纤表面的延长除以弧长，即应力是。尽管光纤可经受百分之几的应力，为保证实地光缆中光纤不受损伤，一般可将应力上限设为1%。如果采用0.5%作为适当的量值,这意味着125直径的光纤能够承受半径为1.25的弯曲。3.光纤的数值孔径假设光线以入射角进入纤芯，如果纤芯的折射率比包层折射率稍大，则进入纤芯的光线在纤芯与包层界面上有可能发生全反射，设这个临界角为，应有设数值孔径角，由Snells定理因此光纤的数值孔径如同对微透镜或成像透镜的数值孔径定义一样，是入射介质的折射率与最大收光角正弦的乘积。这与上式同义，故有定义分数折射率差弱导时有此即为弱导近似下，阶跃型光纤数值孔径理论公式。右图为Newport公司生产的F-MLD多模光纤测得的曲线EIA（Electronic Industries Association）建议，根据接收光功率最大值的5% 取值。实验仪器1 单模或多模光纤若干米（注意光纤的截止波长）2 4mW He-Ne激光器（633nm）3 光纤定位器 2套4 调角仪5 光纤切割刀6 1815-C光功率计7 立体变倍显微镜或显微视频系统注：零件细列及装配指南请执行软件“光学实验多媒体辅助平台”。实验内容及操作要点：1. 光纤处理借助立体变倍显微镜完成光纤端面的制备，两个端面在显微镜下观察比较平整。2. 光路粗调务必将处理好的光纤入端位于调角仪的中垂线上（可以用一把直角尺量），调整激光束的上下位置和偏转角度使其平行入射光纤，在光纤出端得到一个较好的圆光斑，如否需从新处理光纤。3. 光功率计调整打开1815-C光功率计，将带有衰减器的探头（10657）对准光纤出端，调整光纤出端的光纤定位器三维坐标使光纤出射光斑完全进入探头光敏区，4. 光路细调用一块黑板挡住光源，将光功率计调至灵敏度最高档，调零将环境光去掉，打开光路，将光功率计调至合适档级（尽量提高灵敏度），调整光纤入端的光纤定位器x,y坐标使光功率计的示值达最大，转动调角仪的调角旋纽进一步使光功率计的示值达最大，此时即对应光功率极值点也就是入射零度角的位置，记录此时的调角仪的角度和光功率值。5. 入射角的测量先朝一个方向转动调角仪，每隔一度测一次光功率值直到最大值的3% 以内，将调角仪回到初始位置后在朝另一个方向转动调角仪重复上面的过程。6. 实验曲线以入射角的正弦为横坐标，光功率的常用对数为纵坐标画出拟和曲线，确定最大光功率的5% 所对应的两个对称的横坐标的值，以它们各自绝对值的平均值作为实际测得的光纤数值孔径值。预习与思考1. 光纤入射端面为何要位于调角仪的中垂线上。2. 光纤入射端面倾斜将对数值孔径的测量值有何影响。注意事项1. 光学镜面或光敏面千万勿触摸。2. 小心勿直视激光（包括其反射光）。光纤切割方法图示a b c光纤切割后的端面情况a切割准确，b切割后产生了裂缝，c切割不平，产生了边唇光纤弯曲时的应力情况阶跃光纤的数值孔径