趙瑞娟，安盼龍，張旭峰，楊 艷

（中北大學(xué)，山西 太原 030051）

光纖傳輸［1－5］系統(tǒng)主要由3部分組成：光源（又稱光發(fā)送機），傳輸介質(zhì)、檢測器（又稱光接收機）。光纖傳輸系統(tǒng)按傳輸信號可分為數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬傳輸系統(tǒng)。模擬傳輸系統(tǒng)是把光強進行模擬調(diào)制，將輸入信號變?yōu)閭鬏斝盘柕恼穹l率或相位）的連續(xù)變化。數(shù)字傳輸系統(tǒng)是把輸入的信號變換成“1”、“0”脈沖信號，并以其作為傳輸信號，在接受端再還原成原來的信號。當(dāng)然，隨著光纖傳輸信號的不同所需要的設(shè)備有所不同。光纖作為傳輸介質(zhì)，是光纖傳輸系統(tǒng)的重要因素。可按不同的方式進行分類，按照傳輸模式來劃分：光線只沿光纖的內(nèi)芯進行傳輸，只傳輸主模稱之為單模光纖；有多個模式在光纖中傳輸，稱這種光纖為多模光纖。長途光纖通信系統(tǒng)中，通常僅有毫瓦數(shù)量級的光功率從光發(fā)射機輸出，經(jīng)過幾十公里光纖的傳輸衰減，到達光接收機的光信號將變得十分微弱。因此，光纖與光源之間、光纖與光纖之間的耦合問題變得越來越重要。借助光信號在光通信元器件中的耦合進行理論上研究，可以有效地預(yù)測實驗結(jié)果，對實現(xiàn)光信號的有效耦合將起決定性的作用。

1 光纖的耦合

1.1 不使用顯微鏡快速調(diào)節(jié)耦合光纖方法

按圖1安裝好實驗裝置，整個耦合裝置放置在平行導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)步驟，見圖1：

圖1 實驗原理圖

（1）調(diào)整半導(dǎo)體激光器的兩個端面平行（調(diào)整激光器后面的兩個調(diào)整螺母即可）。

（2）把三維支架置于激光器出光端。

（3）從三維支架上拿下光線圓柱卡子，抽出薄金屬片舌頭，取出光線。

（4）用手指甲刮掉光纖外面包覆的尼龍材料層，用光纖刀輕輕在光纖上橫劃一道刻痕，用手指輕碰有刻痕斷面，光纖即斷，露出新的清潔端面，在切割的過程要保證光纖切面的清潔和平整，避免污染在耦合時散射進光。

（5）把光纖夾入夾子，用薄金屬片舌頭卡住，楔形金屬片長邊向里，避免光線激光輸入端上翹，激光不易打進耦合，端面長度不要太大（1 c m左右）固定好夾子，避免圓柱夾子前后移動。

（6）尋找半導(dǎo)體激光器的焦點，電流不要太大，防止刺眼。（拿一個白色的擋光屏或白紙在半導(dǎo)體激光器出光端前后移動找最亮最小的點所在光具組軌道位置即為激光器焦點）。

（7）光纖的耦合是一個比較復(fù)雜的過程，并不是說找到焦點耦合點就恰好在焦點上，但是可以肯定的是耦合點應(yīng)該在焦點附近，所以三維支架不必要沿光具導(dǎo)軌有較大范圍的移動。

（8）首先使激光能夠打在光纖芯徑上，高度要一致，這時可以看見從三維支架另一端的光纖紅彤彤的現(xiàn)象，但是紅彤彤并不意味著光纖的出光端光強就是最大，必須耦合進去才可以達到最大光強，此時只是證明焦點和高度調(diào)的較好了。

（9）在導(dǎo)軌上前后晃動移動三維支架，找光纖耦合的最佳位置，可用一只手或屏放在光纖出光端進行觀測，看光是否最亮，找到最亮的位置后，就應(yīng)該固定三維支架的位置螺釘，因為此時的位置就是耦合的最佳位置，不斷地調(diào)整半導(dǎo)體激光器后面的兩個螺釘，使出光最大，光功率的值達到0.2 m W以上，才可以進行光纖長度的測量。

1.2 光纖耦合效率的計算

通常用耦合表示光耦合進光纖功率大小的程度，為了使進入光纖中的光攜載信號不失真，耦合進入的功率越大越好。

式中：η為耦合效率；Poutmax為光經(jīng)光纖耦合后出光最大光功率；Pinmax為光進入光纖最大光功率值。

1.3 光纖長度的近似測量

通過示波器觀測，在示波器上找出光通過光纖和光沒有通過光纖的兩次時間之差，據(jù)L＝vΔt＝Δt來計算光纖的長度，式中：v為光纖中光的傳播速度；c為光在真空中傳播速度。

圖2 示波器測量光傳輸時間原理圖

圖2為示波器測量光轉(zhuǎn)輸時間原理圖。圖中1為光經(jīng)過光纖耦合后的傳輸波形圖；2為光沒有經(jīng)過光纖耦合的傳輸波形圖。上面的橫虛線是波形90%的位置，為波型不失真處，t1、t2分別是兩個近似方波波形上升沿90%的位置不失真處與橫虛線的交點在示波器屏幕時間掃描線投影。

2 半導(dǎo)體激光器電光特性的測量

表1、2與圖1、2分別給出兩組不同半導(dǎo)體激光器的電光特性實現(xiàn)數(shù)據(jù)和曲線。

表1 數(shù)據(jù)（P－I數(shù)據(jù)）

圖3 P－I 特性曲線（1）

表2 數(shù)據(jù)（P－I數(shù)據(jù)）

圖4 P－I特性曲線（2）

任選兩組數(shù)據(jù)作圖，發(fā)現(xiàn)這兩組數(shù)據(jù)有共同的特點，兩組半導(dǎo)體電光特性曲線都是開始隨著電流的增大，電功率變化不大，當(dāng)電流增大到某一特定值時，光功率急劇增大，此時的電流值叫閾值電流，即閾值電流指的是P－I電光特性曲線發(fā)生明顯拐點的地方所對應(yīng)的橫坐標電流值。不同的半導(dǎo)體激光器對應(yīng)不同的閾值電流，第一組半導(dǎo)體激光器閾值電流為44 mA；第二組曲線閾值電流為48 mA的位置。半導(dǎo)體激光器閾值電流應(yīng)該是剛開始可以讓激光器出光振蕩的電流值，這時的激光是很弱的（剛出光時的電流），如果要正常工作，通常是要調(diào)大電流的。閾值電流是半導(dǎo)體激光器的重要參數(shù)之一。通常用測量半導(dǎo)體激光器的輸出光功率—電流（P－I）特性曲線、觀察遠場或近場圖樣的變化以及光譜隨電流的變化等來確定閾值，但誤差較大。文章中用測量半導(dǎo)體激光器電光特性曲線可準確方便地獲得閾值電流。

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