1實(shí)驗(yàn)一光纖干涉實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一光纖干涉及溫度變化傳感實(shí)驗(yàn)光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代末新興的技術(shù)之一，與傳統(tǒng)傳感器相 比，它具有頻帶寬，抗電磁干擾，靈敏度高，體積小，可繞性好，傳感組 件與電子設(shè)備可以隔離較遠(yuǎn)和能與光纖傳輸線路相兼容等優(yōu)點(diǎn)。一般來 說，單通道光纖傳感影響因素較多，且不易排除，而利用干涉的原理進(jìn)行 測(cè)景可以克服這一弱點(diǎn)?，F(xiàn)在逐漸發(fā)展起來的應(yīng)用光纖干涉技術(shù)的有馬赫 -曾德爾光纖干涉儀、塞格納克光纖干涉儀等。光纖干涉儀是一種主要用 于檢測(cè)應(yīng)用的光纖傳感系統(tǒng)，其測(cè)量精度比普通光纖傳感器的測(cè)量精度更 高，其用途廣泛，不僅有傳統(tǒng)干涉儀的功能，還可用于測(cè)量溫度變化、應(yīng) 力變化、折射率變化、微振動(dòng)和微位移等。一、實(shí)

2、驗(yàn)?zāi)康?. 掌握光纖的結(jié)構(gòu)和光纖端面的一般處理方法，以及光源與光纖的耦合方法。通過 對(duì)光纖輸出端光斑的觀察，了解光場(chǎng)分布模式。2. 了解光纖馬赫一曾徳爾干涉儀的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。3. 測(cè)量溫度變化與干涉條紋移動(dòng)數(shù)的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)儀器光學(xué)隔振平臺(tái)、半導(dǎo)體激光器（波長(zhǎng)650nm、功率4mw含二維調(diào)整架）、二維可 調(diào)光分束鏡、七自由度光纖耦合調(diào)整架（ti含聚焦透鏡調(diào)整架和光纖夾）、半導(dǎo)體致 冷溫控儀（1060°c）、ccd攝像頭、監(jiān)視器、光纖座、光纖、光纖刀、光纖涂覆層 剝離鉗、白屏、磁性表座等。三、實(shí)驗(yàn)原理馬赫一曾德爾光纖干涉儀，一般由一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光朿，經(jīng)分朿鏡后 一分為二，再分別

3、輸出到兩個(gè)七自由度光纖耦合調(diào)整架中的聚焦透鏡上進(jìn)行聚焦，形 成干涉光路。調(diào)整光纖的方向、距離和位置，使經(jīng)過處理的光纖端面正好位于透鏡焦 點(diǎn)處，以使盡量多的激光進(jìn)入光纖。進(jìn)入光纖并符合傳輸條件的激光從光纖的另一端 輸出，將兩條光纖的輸出端并攏，形成兩個(gè)相干點(diǎn)光源，在白屏上二束激光光斑重疊。 假設(shè)兩束光為平面簡(jiǎn)諧電磁波，其表達(dá)式分別為£, = £i0 cos（似 + 仍），£2 = £20 cos（似 + 識(shí)2）（41-1）兩束光都是由同一半導(dǎo)體激光器輸出的，它們?cè)谥丿B區(qū)發(fā)生相干疊加，合成波表 達(dá)式為£ = £j + £2 =

4、£0 cos( a)t-(p)(41-2)(41-2)式屮 = £& + £2將激光器置于光學(xué)平臺(tái)上，打幵電源。調(diào)整激光器的俯仰角，使激光束基本平行于光學(xué)平臺(tái)，固定激光器。 在距離激光器約locni處，放上分束鏡，并調(diào)整入射光束與分束鏡之間的夾角，使透射光和反射光的光強(qiáng)大致相等，固定分束鏡。 在兩束光的光路上分別放上七自由度光纖耦合調(diào)整架，使激光束正入射到聚焦透鏡上，并固定耦合調(diào)整架。取下光纖夾，將一張白紙放在聚焦透鏡后，前 后移動(dòng)白紙，并從光纖夾安裝孔中觀察激光打在白紙上的情況，記下焦點(diǎn)處 的大致位置。 從光纖盤中裁下11.5m長(zhǎng)的光纖兩根，用剝皮鉗分別

5、剝下光纖兩端約10mm長(zhǎng)的塑料涂覆層，用筆式光纖刀切割光纖，形成平整的光纖端面。注意不耍 觸摸切割后的光纖端面。() + 2£io£2() cos a識(shí)，(p =(p2-(pyo經(jīng)過不同路徑的兩束光有固定的相位差，光強(qiáng)與振幅成平方關(guān)系，在重疊區(qū)的光強(qiáng)為/ = /,+/，+ 2i'i2 cos(41-3)兩路光在重疊處會(huì)形成亮暗相間的平行干涉條紋。此干涉條紋非常細(xì)密，以肉眼看很難觀察清楚。本實(shí)驗(yàn)采用ccd攝像尖對(duì)干涉條紋進(jìn)行放大處理，調(diào)整攝像1距 光纖出光端面的距離和位置，在監(jiān)視器上可觀察到對(duì)比適當(dāng)、寬窄合適的干涉條紋。 實(shí)驗(yàn)原理如圖41-1所示。231. 半導(dǎo)體激光

6、器2.二維可調(diào)光分朿鏡3.七自由度光纖耦合調(diào)整架(包含聚焦透鏡 調(diào)整架和光纖夾)、4.半導(dǎo)體致冷溫控儀5.光纖座6.ccd攝像頭7監(jiān)視器、8.光纖圖41-1實(shí)驗(yàn)原理圖u!實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟5. 將經(jīng)過切割處理的光纖放到光纖夾的細(xì)槽中，并使光纖伸出48mm，壓上彈簧壓片，插入耦合架中，使光纖端面大致位于激光焦點(diǎn)處并固定。6. 調(diào)整耦合調(diào)整架，使激光耦合進(jìn)光纖。觀察光纖輸出端的情況，可看到有紅色激光輸出，使輸出激光打在白屏上。7. 反復(fù)調(diào)整耦合架并觀察輸出光強(qiáng)和光斑形狀的變化，盡量使之最亮并對(duì)稱（盡量是基模）。光斑的形狀即反映了光場(chǎng)的模式。8. 按以上方法將另一根光纖同樣安裝耦合好，并將出光端合并，等

7、長(zhǎng)地放在光纖座上并固定。9. 在光纖出光端的前方約10cm處放置ccd攝像尖并使兩光束進(jìn)入攝像尖。打開監(jiān)視器電源，可觀察到干涉條紋的圖像，調(diào)節(jié)兩光路使光纖輸出端光強(qiáng)大致 相等以及調(diào)節(jié)ccd以得到淸晰的條紋圖像。10. 將其中的一條光纖作為測(cè)量臂，固定在半導(dǎo)體致冷片上，壓上蓋板，準(zhǔn)備測(cè) 量（致冷片長(zhǎng)度為30mm）。11. 待條紋穩(wěn)定一段時(shí)間后，緩慢調(diào)節(jié)制冷片的溫度并記榮下條紋的移動(dòng)情況。 為了減少誤差可多次測(cè)量取平均值，求出儀器靈敏度。12. 使光纖彎曲反復(fù)通過致冷片表而，在致冷片上的長(zhǎng)度分別為30mm的2、3倍, 重復(fù)步驟11的操作，求出靈敏度與敏感長(zhǎng)度的關(guān)系，計(jì)算光纖的熱膨脹系數(shù)。五、注意事項(xiàng)1使用激光器時(shí)注意不要將眼睛直視出射光。2. 在將光纖放入光纖夾前，一定要剔除光纖夾中的殘留斷光纖。3、在進(jìn)行條紋計(jì)數(shù)時(shí)，保持周圍環(huán)境穩(wěn)定，空氣的擾動(dòng)會(huì)使得條紋移動(dòng)劇烈而 且無規(guī)律。六、討論及思考題1. 如何判斷激光器發(fā)出的激光束基木平行于光學(xué)平臺(tái)？2. 在調(diào)整光束與分束鏡之間的夾角，使透射光和反射光光強(qiáng)大致相等時(shí)，為什 么兩光束光強(qiáng)比依賴于夾角？3. 要得到清晰的干涉條紋，兩路光的光強(qiáng)要接