光電檢測與顯示實驗一光纖M-Z干涉儀及光纖傳感實驗

1、光電檢測與顯示實驗一 光纖M-Z干涉儀及光纖傳感實驗實驗一光纖M-Z干涉儀及光纖傳感實驗（一） M Z光纖干涉儀實驗、實驗?zāi)康?. 了解馬赫一一曾特（M Z ）干涉儀的原理和用途；2. 調(diào)試M Z干涉儀并進(jìn)行性能測試。、實驗儀器He-Ne激光器1套；光纖干涉演示儀 1套；633nm單模光纖1根。1. 本實驗不需要打開M-T干涉儀觀察窗下方的開關(guān)！2. 任何人不得切割單模光纖！三、實驗內(nèi)容1. M Z干涉儀的原理和用途馬赫一一曾特干涉儀是一種重要的光學(xué)和光子學(xué)器件，廣泛應(yīng)用于干涉計量、光通信等領(lǐng)域。基于干涉儀對波導(dǎo)及其周圍介質(zhì)折射率的相位敏感特性，M-Z被廣泛用作傳感器和光調(diào)制器。光纖傳感技術(shù)是

2、上世紀(jì) 70年代末新興的一項技術(shù)，與傳統(tǒng)傳感器相比，光纖傳感器具 有以下特點：頻帶寬；不受電磁干擾；靈敏度高；體積??；損壞閾值高；可非接觸測量；電 子設(shè)備與傳感器可以間隔很遠(yuǎn)；能形成傳感網(wǎng)絡(luò)等； 光纖檢測技術(shù)的核心把光纖傳感器，光纖干涉儀是基于光干涉技術(shù)用于檢測的光纖傳感器系統(tǒng)，其測量精度比普通光纖傳感器更 高，不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干涉儀功能，還能用于教學(xué)，測量壓力、應(yīng)力、溫度、磁場、折射 率、位移等物理量的微小變化，用途非常廣泛。以光纖取代傳統(tǒng) M Z （馬赫-曾特）干涉儀的空氣隙，就構(gòu)成了光纖型 M Z干涉儀。 這種干涉儀可用于制作光纖型光濾波器、 光開關(guān)等多種光無源器件和傳感器， 在光通信

3、、光 傳感領(lǐng)域有廣泛的用途，其應(yīng)用前景非常美好。光纖型M Z干涉儀實際上是由分束器構(gòu)成。當(dāng)相干光從光纖型分束器的輸入端輸入后，在分束器輸出端的兩根長度基本相同的單模光纖會合處產(chǎn)生干涉，形成干涉場。干涉場的光強(qiáng)分布（干涉條紋）與輸出端兩光纖的夾角及光程差相關(guān)。令夾角固定，那么外界因素 改變的光程差直接和干涉場的光強(qiáng)分布（干涉條紋）變化相對應(yīng)。光電檢測與顯示實驗一 光纖M-Z干涉儀及光纖傳感實驗CCC待測信號光纖傳感器圖1光纖M-T干涉儀結(jié)構(gòu)圖2. 實驗操作2.1調(diào)節(jié)氦氖激光管的俯仰和左右，利用直尺，使出射激光基本與試驗臺面平行，與光纖調(diào)節(jié)架的軸線共軸；2.2調(diào)節(jié)氦氖激光管的前后位置，盡量貼近聚焦

4、透鏡；2.3把剝離好的單模光纖小心放置在圓柱形卡槽內(nèi)，把長方形墊片放好，然后放入五維調(diào)節(jié)架的中間位置；2.4先手動調(diào)節(jié)光纖頭的位置，使之位于激光聚焦點上，然后擰緊固定旋鈕；2.5單模光纖的FC頭插入右側(cè)的固定架（FC頭正好從另一側(cè)探出），放好觀察白屏；2.6調(diào)節(jié)五維調(diào)節(jié)架的各個旋鈕，在暗室條件下，當(dāng)觀察屏上可以看到明亮的圓形紅色 光斑時，用功率計的光電探頭取代觀察屏，調(diào)整功率計的檔位，使顯示合理；2.7邊觀察功率計示數(shù)，邊調(diào)節(jié)五維調(diào)節(jié)架的各個旋鈕，使輸出光最強(qiáng)；2.8輕輕從右側(cè)固定架上取下 FC頭，插入M-T干涉儀右側(cè)光纖耦合口，從干涉儀左上側(cè)觀察窗處觀察環(huán)形干涉條紋；2.9如果條紋不清晰，或

5、者亮度不夠，說明步驟2.6完成的不好，重新調(diào)節(jié)，直到從觀察窗口可以看到明亮清晰的干涉條紋按圖2所示仔細(xì)將光耦合進(jìn)光纖分束器的輸入端，此時可用光能量指示儀監(jiān)測，固定好 位置；使其在會合處產(chǎn)生干涉條紋，分析觀察到的現(xiàn)象。He-Ne激光器五維微調(diào)架= M-T干涉儀顯示屏幕光纖耦合架光纖耦合端面輸出光圖2聚光器件耦合原理示意圖光電檢測與顯示實驗一 光纖M-Z干涉儀及光纖傳感實驗（二）光纖溫度傳感原理實驗一、實驗?zāi)康?. 了解傳感的意義；2. 操作光纖溫度傳感原理實驗。二、實驗儀器He-Ne激光器1套；光纖干涉演示儀一套；633nm單模光纖1根。三、實驗內(nèi)容1傳感的意義和傳感器定義在信息社會中，人們的一

6、切活動都是以信息的獲取和信息的交換為中心的。傳感器是信息技術(shù)的三大技術(shù)之一。隨著信息技術(shù)進(jìn)入新時期，傳感技術(shù)也進(jìn)入了新階段。沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) ”的觀點已被全世界所公認(rèn)，因此，傳感技術(shù)受到各國的重視， 特別是倍受發(fā)達(dá)國家的重視，我國也將傳感技術(shù)納入國家重點發(fā)展項目。傳感器定義能感受規(guī)定的被測的量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置稱為傳感器。光纖傳感器有兩種， 一種是通過傳感頭（調(diào)制器）感應(yīng)并轉(zhuǎn)換信息，光纖只作為傳輸線路；另一種則是光纖本身既是傳感元件，又是傳輸介質(zhì)。光纖傳感器的工作原理是，被測的量改變了光纖的傳輸參數(shù)或載波光波參數(shù)，這些參數(shù)隨待測信號的變化而變化。光

7、信號的變化反映了待測物理量的變化。溫度是冶金、鋼鐵、 焊接、化工等行業(yè)進(jìn)行質(zhì)量控制和確保順利生產(chǎn)的重要參數(shù)，傳統(tǒng) 的測溫方法有熱電偶法和光學(xué)高溫計法、熱電偶法是接觸式測溫，如用鉑銠熱電偶，鎢錸熱電偶等，探頭置于被測環(huán)境中， 溫差電壓經(jīng)電路轉(zhuǎn)換后在儀表上直接顯示溫度，高溫?zé)Y(jié)爐多用這種方法。這些溫度傳感器盡管操作方便，性能穩(wěn)定，但是因為接觸式測溫，熱電偶冷熱端距離遠(yuǎn)，體積大，而且采用稀有的貴重金屬，造價昂貴，使用壽命短。光學(xué)高溫計法 是接觸式測溫，通過比較輻射源的色溫和燈絲色溫來測定溫度，或者發(fā)射一激光束， 通過被測體的反射束來測溫， 而光纖溫度傳感器較其它測溫儀具有測量精度高，抗電磁干擾，體積

8、小，可自由彎曲等優(yōu)點，可應(yīng)用于易燃易爆，空間狹小，直接瞄準(zhǔn)有困難的場合，因而受到 了廣泛地重視。光纖溫度傳感器一般分為兩類：一類是利用光導(dǎo)纖維本身具有的某種敏感功能而使光纖 起測量溫度的作用， 屬于功能型，光纖既感知信息，又傳輸信息；另一類是光導(dǎo)纖維只起到傳輸光的作用，必須在光纖端面加裝其它敏感元件才能構(gòu)成新型傳感器的傳輸型傳感器。這兩類的傳感器工作原理和設(shè)計思想非常巧妙，研究工作都較為深入。光纖溫度傳感器采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纖外面，使光能由一根光纖輸入該反射面出另一根光纖輸出，由于這種新型溫敏材料受溫度影響，折射率發(fā)生變化，因此輸出的光功率與溫度呈函數(shù)關(guān)系。 其物理本質(zhì)是利用光 纖中傳輸?shù)墓獠ǖ奶卣鲄⒘?，如振幅、相位、偏振態(tài)、波長和模式等，對外界環(huán)境因素，如 溫度，壓力，輻射等具有敏感特性。它屬于非接觸式測溫。2.實驗操作光纖耦合架光纖耦合端面參考臂圖3溫度傳感原理示意圖本實驗中傳感量是溫度，溫度改變了光波的相位，通過對相位的測量來實現(xiàn)對溫度的測 量。具體的測量技術(shù)是，運用干涉測量技術(shù)把光波的相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度（振幅）變化，實 現(xiàn)對溫度的檢測。光纖M-Z型干涉儀進(jìn)行對溫度傳感的測量，利用干涉儀的一臂作參考臂,另一臂作測量臂（改變溫度），配以檢測顯示系統(tǒng)就可以實現(xiàn)對溫度傳