[發明專利]一種測定光導纖維的數值孔徑和衰減系數的實驗設備

有效

• 申請號: 201310503849.6
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103558011A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 支珊;王啟銀;石慧;趙銳;王曉強;李學勤;趙飛
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;山西省電力公司大同供電分公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 胡時冶

技術領域

本發明涉及參數測定領域，具體涉及一種用于光導纖維的參數測定的實驗設備。

背景技術

隨著光通信技術的飛速發展，光導纖維即光纖的應用已非常普及。數值孔徑表征光纖的集光能力，衰減系數反應光纖的傳輸損耗。這兩個參數的準確測定對光纖質量的評定和光纖通信系統的傳輸距離的確定起著非常重要的作用。大學物理實驗中，由于數值孔徑和衰減系數的測量方法以及儀器的不同，通常分別使用兩套儀器測量。測量裝置繁多，步驟復雜，測試時間長，儀器設備沒有高效利用。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種實驗設備，其可以同時完成光纖的數值孔徑和衰減系數的測量，從而簡化測試過程，提高設備利用率，節省時間。

數值孔徑的測量

數值孔徑（NA）有兩種定義方式：一是最大理論數值孔徑，二是遠場強度有效數值孔徑NA_eff。NA_eff定義為光纖遠場輻射圖上光強下降到最大值5%處的半張角的正弦值。通常測定的為遠場強度有效數值孔徑NA_eff，因而本發明也旨在對該有效數值孔徑進行測定，可以通過測量光通過光纖后光強的變化來有效測定數值孔徑。

衰減系數β的測量

為了測量衰減系數β，一般是使同樣角分布的激光束分別通過長度為L₁和L₂的兩根材料相同的光纖，分別測量經過兩根光纖后的透射光強I₁和I₂，從而得到：

I₁=I₀(1-R)²(1-A)ⁿe^-βL1???????（1）

I₂=I₀(1-R)²(1-A)^n’e^-βL2?????（2）

其中，入射光強為I₀，對于兩根光纖采用相同的入射光強，R為端面的光強反射率，A為全反射的損失率，n、n’分別為光在兩根光纖中的全反射次數，如果L₁和L₂相差不多，n≈n’?？蛇x用不同長度例如80mm和60mm,40mm和30mm，兩者長度不能相差大于20mm。當相差超過20mm時，由于全反射的損失率A不便測量，將引入較大誤差。

式(1)/(2)，得到I1/I2=e-β（L1-L2）=e-β△L，△L=L1-L2為兩根光纖的長度差，兩邊取自然對數，得光纖的衰減系數β=(lnI₂-lnI₁)/△L。

在數值孔徑的測量中，需要不斷調整入射光束在光纖端面的入射角來得到光纖遠場輻射圖。一般現有技術中，采用轉動光纖或采用轉動光源的方式來調整入射光束在光纖端面的入射角。其通常情況下要求入射光束一般限定為平行光束，以保證轉動過程中，入射光束的所有光線的入射角是相同的并且入射到光纖端面的光量保持不變。否則，轉動過程中，無法保證入射光量和角度，這會導致光強曲線圖的基準不一致。整個測量過程需要一根光纖，進行一次測量即可得出結果。

在現有技術中，測量衰減系數時，不需要改變入射光束中光線的入射角，即不需要轉動光纖或是光源，但需要分別對兩根光纖先后進行測量。因此，需要將入射光線匯聚到一起，照射到光纖的端面上，以保證每次的透射光強相同。整個測量過程需要兩根光纖，進行兩次測量，計算可得結果。

為了采用同一套設備測量數值孔徑和衰減系數兩種參數，需找到兩者的相通點。本申請的發明人發現，數值孔徑和衰減系數最后都與光通過光纖后的光強大小相關?；诖?，本申請的發明人設計了本發明的實驗設備。

具體而言，本發明提出一種測定光導纖維的數值孔徑和衰減系數的實驗設備，所述實驗設備包括：光源、聚焦裝置、多個光強傳感器、準直管、遮光盒、半反半透鏡、處理器、角度傳感器、第一致動裝置、第二致動裝置，其中，所述實驗設備對相同構造、不同長度的第一待測光纖和第二待測光纖進行測量，

所述光源用于發射激光束；

所述聚焦裝置對所述激光束進行會聚，并且在所述聚焦裝置的焦點附近設置第一光強傳感器；

所述第一待測光纖的第一端面接收所述激光束并在所述第一待測光纖的第二端面處輸出所述激光束，在所述第一待測光纖的第二端面處設置第二光強傳感器；