光电检测与显示实验一光纤M-Z干涉仪及光纤传感实验.doc

光电检测与显示实验一 光纤M-Z干涉仪及光纤传感实验 PAGE  实验一 光纤M-Z干涉仪及光纤传感实验 （一）M—Z光纤干涉仪实验 一、实验目的 了解马赫——曾特（M—Z）干涉仪的原理和用途； 2． 调试M—Z干涉仪并进行性能测试。 二、实验仪器 He-Ne 激光器1套；光纤干涉演示仪1套；633nm单模光纤1根。 注意： 本实验不需要打开M-T干涉仪观察窗下方的开关！ 任何人不得切割单模光纤！ 三、实验内容 1．M—Z干涉仪的原理和用途 马赫——曾特干涉仪是一种重要的光学和光子学器件，广泛应用于干涉计量、光通信等领域。基于干涉仪对波导及其周围介质折射率的相位敏感特性，M-Z被广泛用作传感器和光调制器。 光纤传感技术是上世纪70年代末新兴的一项技术，与传统传感器相比，光纤传感器具有以下特点：频带宽；不受电磁干扰；灵敏度高；体积小；损坏阈值高；可非接触测量；电子设备与传感器可以间隔很远；能形成传感网络等；光纤检测技术的核心把光纤传感器，光纤干涉仪是基于光干涉技术用于检测的光纤传感器系统，其测量精度比普通光纤传感器更高，不仅可以代替传统的干涉仪功能，还能用于教学，测量压力、应力、温度、磁场、折射率、位移等物理量的微小变化，用途非常广泛。 以光纤取代传统M—Z（马赫-曾特）干涉仪的空气隙，就构成了光纤型M—Z干涉仪。这种干涉仪可用于制作光纤型光滤波器、光开关等多种光无源器件和传感器，在光通信、光传感领域有广泛的用途，其应用前景非常美好。 光纤型M—Z干涉仪实际上是由分束器构成。当相干光从光纤型分束器的输入端输入后，在分束器输出端的两根长度基本相同的单模光纤会合处产生干涉，形成干涉场。干涉场的光强分布（干涉条纹）与输出端两光纤的夹角及光程差相关。令夹角固定，那么外界因素改变的光程差直接和干涉场的光强分布（干涉条纹）变化相对应。 图1 光纤M-T干涉仪结构图 2. 实验操作 调节氦氖激光管的俯仰和左右，利用直尺，使出射激光基本与试验台面平行，与光纤调节架的轴线共轴； 调节氦氖激光管的前后位置，尽量贴近聚焦透镜； 把剥离好的单模光纤小心放置在圆柱形???槽内，把长方形垫片放好，然后放入五维调节架的中间位置； 先手动调节光纤头的位置，使之位于激光聚焦点上，然后拧紧固定旋钮； 单模光纤的FC头插入右侧的固定架（FC头正好从另一侧探出），放好观察白屏； 调节五维调节架的各个旋钮，在暗室条件下，当观察屏上可以看到明亮的圆形红色光斑时，用功率计的光电探头取代观察屏，调整功率计的档位，使显示合理； 边观察功率计示数，边调节五维调节架的各个旋钮，使输出光最强； 轻轻从右侧固定架上取下FC头，插入M-T干涉仪右侧光纤耦合口，从干涉仪左上侧观察窗处观察环形干涉条纹； 如果条纹不清晰，或者亮度不够，说明步骤2.6完成的不好，重新调节，直到从观察窗口可以看到明亮清晰的干涉条纹 按图2所示仔细将光耦合进光纤分束器的输入端，此时可用光能量指示仪监测，固定好位置；使其在会合处产生干涉条纹，分析观察到的现象。 光纤耦合架 光纤耦合端面 输出光 图2 聚光器件耦合原理示意图 He-Ne激光器 显示屏幕 M-T干涉仪 五维微调架 （二）光纤温度传感原理实验 一、实验目的 1．了解传感的意义； 2．操作光纤温度传感原理实验。 二、实验仪器 He-Ne 激光器1套；光纤干涉演示仪一套；633nm单模光纤1根。 三、实验内容 1．传感的意义和传感器定义 在信息社会中，人们的一切活动都是以信息的获取和信息的交换为中心的。传感器是信息技术的三大技术之一。随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。 传感器定义 能感受规定的被测的量，并按照一定规律转换成可用的输出信号的器件或装置称为传感器。 光纤传感器有两种，一种是通过传感头（调制器）感应并转换信息，光纤只作为传输线路；另一种则是光纤本身既是传感元件，又是传输介质。光纤传感器的工作原理是，被测的量改变了光纤的传输参数或载波光波参数，这些参数随待测信号的变化而变化。光信号的变化反映了待测物理量的变化。 温度是冶金、钢铁、焊接、化工等行业进行质量控制和确保顺利生产的重要参数，传统的测温方法有热电偶法和光学高温计法、 热电偶法是接触式测温，如用铂铑热电偶，钨铼热电偶等，探头置于被测环境中，温差电压经电路转换后在仪表上直接显示温度，高温烧结炉多用这种方法。这些温度传感器尽管操作方便，性能稳定，但是因为接触式测温，热电偶冷热端距离远，体积大，而且采用稀有的贵重金属，造价昂贵，使用寿命短。光学高温计法是接触式测