近代物理实验讲义 实验12光纤光学与半导体激光器的电光特性实验 光纤的全称为光导纤维，它是一种导引光波的波导。目前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、 激光加工机等许多方面都获得了应用，但其最主要的应用领域是光纤通讯和光纤传感器。光纤通 讯是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通讯方式。相对于无线电通讯来说，光纤通讯 具有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本 低等优点。相对传统的传感器而言，光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、电绝缘性能好、 便于与计算机联接，便于与光纤传输系统系统组成遥测网络、体积小、耗电少等优点。因此，光 纤通讯和光纤传感器受到了人们的青睐，得到了愈来愈来迅速的发展。 本专题从光纤入手，先了解光纤的结构和一般性质，再学习光纤的耦合、传输特性及在通讯 和传感领域中的应用。 【实骏目的】 1,了解和掌握半导体激光器的电光特性，测出半导体激光器在不同工作电流下的输出功率，求 出闵值电流。 2.通过对输出光的观察和测量，了解和掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法，进一步理解 和巩固光学的基本原理和知识。 3.对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 【实验仪器】 光纤实验仪，光纤实验导轨，半导体微光器(LD),二维及三维调整架，光纤夹，光探头，功 率指示计，光纤刀，显示屏，音领信号源，示波器，一维位移架等。 【实验原理】 1.光纤结构 典型的光纤结构如图12.1所示，光纤一般 由纤芯、包层、涂敷层及护套构成，是一多层 介质结构的对称圆柱体。纤芯和包层构成传光 的波导结构，纤芯位于光纤的中心部位，它的 纤芯包层 涂数层 护套 主要成份是高纯度的二氧化硅，其余成份为掺 入的极少量掺杂剂，如五氧化二磷和二氧化 钻，纤芯的直径约为5~15m,包层也是包含 图12.1光纤结构图 有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅，包层的直径（包括纤芯在内）为125m,其折射率略小于纤芯 折射率。涂敷层是一种涂料的敷层，使光纤不受外来的损害，增强光纤的机构强度。护套是由塑 料制成的圆形保护套，用来维持光纤的机械强度。 按纤芯折射率分布的不同，可将光纤分为两大类：阶跃折射率型光纤和梯度折射率型光纤 图12.2是两种典型的纤芯折射率剖面)示意图。近代物理实验讲义 86 实验 12 光纤光学与半导体激光器的电光特性实验 光纤的全称为光导纤维，它是一种导引光波的波导。目前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、 激光加工机等许多方面都获得了应用，但其最主要的应用领域是光纤通讯和光纤传感器。光纤通 讯是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通讯方式。相对于无线电通讯来说，光纤通讯 具有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本 低等优点。相对传统的传感器而言，光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、电绝缘性能好、 便于与计算机联接，便于与光纤传输系统系统组成遥测网络、体积小、耗电少等优点。因此，光 纤通讯和光纤传感器受到了人们的青睐，得到了愈来愈来迅速的发展。 本专题从光纤入手，先了解光纤的结构和一般性质，再学习光纤的耦合、传输特性及在通讯 和传感领域中的应用。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性，测出半导体激光器在不同工作电流下的输出功率，求 出阈值电流。 2. 通过对输出光的观察和测量，了解和掌握光纤的一些光学特性和参数测量方法，进一步理解 和巩固光学的基本原理和知识。 3. 对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 【实验仪器】 光纤实验仪，光纤实验导轨，半导体激光器(LD)，二维及三维调整架，光纤夹，光探头，功 率指示计，光纤刀，显示屏，音频信号源，示波器，一维位移架等。 【实验原理】 1. 光纤结构 典型的光纤结构如图 12.1 所示，光纤一般 由纤芯、包层、涂敷层及护套构成，是一多层 介质结构的对称圆柱体。纤芯和包层构成传光 的波导结构，纤芯位于光纤的中心部位，它的 主要成份是高纯度的二氧化硅，其余成份为掺 入的极少量掺杂剂，如五氧化二磷和二氧化 锗，纤芯的直径约为 5~15µm，包层也是包含 有少量掺杂剂的高纯度二氧化硅，包层的直径（包括纤芯在内）为 125µm，其折射率略小于纤芯 折射率。涂敷层是一种涂料的敷层，使光纤不受外来的损害，增强光纤的机构强度。护套是由塑 料制成的圆形保护套，用来维持光纤的机械强度。 按纤芯折射率分布的不同，可将光纤分为两大类：阶跃折射率型光纤和梯度折射率型光纤。 图 12.2 是两种典型的纤芯折射率剖面 n(r)示意图。 图 12.1 光纤结构图