光纤马赫-曾德干涉实验.docx
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2023-03-07
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马赫-曾德光纤干涉实验
光纤传感器是 20世纪 70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术
迅速发展的产物。光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常
用作相位、频率等的调制解调器。
一、实验目的
1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder） 干涉原理
2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。
二、实验器材
OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne激光器
三、实验原理
1．光纤传感器基本工作原理
光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder） 干涉仪结构与原理如图 1 所示。光源发出的光经过
耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。经过耦合器 DC2 进
行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为
I A Bcos(t)
（1）
（2）
1
I A Bcos(t)
2
在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。
图 1 光纤 Mach-Zenhder 干涉仪原理图
2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理
激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤
输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。当一条光纤臂温度相对另一条光纤
臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。干
涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适
当的数据处理系统, 最后得到测量结果。
长度为 L 的光纤中传播光波的相位
k nL
（3）
0
0
其中
为光进入光纤前的初始相位，
（
k 2 /
，
为真空中波长）为传
k
0
0
0
0
0
播常数, 为光纤的折射率; 为光纤的长度。
L
n
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