内容发布更新时间 : 2025/5/2 2:23:02星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
实验一 光纤干涉及温度变化传感实验
光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的技术之一，与传统传感器相比，它具有频带宽，抗电磁干扰，灵敏度高，体积小，可绕性好，传感组件与电子设备可以隔离较远和能与光纤传输线路相兼容等优点。一般来说，单通道光纤传感影响因素较多，且不易排除，而利用干涉的原理进行测量可以克服这一弱点。现在逐渐发展起来的应用光纤干涉技术的有马赫-曾德尔光纤干涉仪、塞格纳克光纤干涉仪等。光纤干涉仪是一种主要用于检测应用的光纤传感系统，其测量精度比普通光纤传感器的测量精度更高，其用途广泛，不仅有传统干涉仪的功能，还可用于测量温度变化、应力变化、折射率变化、微振动和微位移等。
一、实验目的
1. 掌握光纤的结构和光纤端面的一般处理方法，以及光源与光纤的耦合方法。通过对光纤输出端光斑的观察，了解光场分布模式。 2. 了解光纤马赫—曾德尔干涉仪的结构和特点。 3. 测量温度变化与干涉条纹移动数的关系。
二、实验仪器
光学隔振平台、半导体激光器（波长650nm、功率4mW含二维调整架）、二维可调光分束镜、七自由度光纤耦合调整架（包含聚焦透镜调整架和光纤夹）、半导体致冷温控仪（10~60℃）、CCD摄像头、监视器、光纤座、光纤、光纤刀、光纤涂覆层剥离钳、白屏、磁性表座等。
三、实验原理
马赫—曾德尔光纤干涉仪，一般由一个半导体激光器发出的激光束，经分束镜后一分为二，再分别输出到两个七自由度光纤耦合调整架中的聚焦透镜上进行聚焦，形成干涉光路。调整光纤的方向、距离和位置，使经过处理的光纤端面正好位于透镜焦点处，以使尽量多的激光进入光纤。进入光纤并符合传输条件的激光从光纤的另一端输出，将两条光纤的输出端并拢，形成两个相干点光源，在白屏上二束激光光斑重叠。假设两束光为平面简谐电磁波，其表达式分别为
E1?E10cos(?t??1)，E2?E20cos(?t??2) （41-1）
两束光都是由同一半导体激光器输出的，它们在重叠区发生相干叠加，合成波表达式为
1
????E?E1?E2?E0cos(?t??) （41-2）
222（41-2）式中E0?E10?E20?2E10E20cos??，????2??1。
经过不同路径的两束光有固定的相位差，光强与振幅成平方关系，在重叠区的光强为
I?I1?I2?2I1I2 cos?? （41-3）
两路光在重叠处会形成亮暗相间的平行干涉条纹。此干涉条纹非常细密，以肉眼看很难观察清楚。本实验采用CCD摄像头对干涉条纹进行放大处理，调整摄像头距光纤出光端面的距离和位置，在监视器上可观察到对比适当、宽窄合适的干涉条纹。实验原理如图41-1所示。
1.半导体激光器2.二维可调光分束镜 3. 七自由度光纤耦合调整架（包含聚焦透镜调整架和光纤夹）、4.半导体致冷温控仪5. 光纤座6.CCD摄像头7监视器、8.光纤
图41-1 实验原理图
四、实验内容及步骤
1. 将激光器置于光学平台上，打开电源。调整激光器的俯仰角，使激光束基本平
行于光学平台，固定激光器。
2. 在距离激光器约10cm处，放上分束镜，并调整入射光束与分束镜之间的夹角，
使透射光和反射光的光强大致相等，固定分束镜。
3. 在两束光的光路上分别放上七自由度光纤耦合调整架，使激光束正入射到聚焦
透镜上，并固定耦合调整架。取下光纤夹，将一张白纸放在聚焦透镜后，前后移动白纸，并从光纤夹安装孔中观察激光打在白纸上的情况，记下焦点处的大