光纤Michelson干涉仪.ppt

第 二 小 组 汪繁 余智威 光纤迈克尔逊干涉仪 一 ：原理 二 ：应用 一.原理 下图为普通光学迈克尔逊干涉仪原理图. 由激光器发出的光经分束器分成光强相等的两束光.其中一束射向固定反射器镜,然后反射回分束器,被透射的那另一束光入射到可移动反射镜上,然后反射回分束器上,经分束器反射的一部分光传至光探测器上,而另一部分经由分束器透射,返回到激光器.当两反射镜到分束器间的光程差小于激光器的相干长度时,射到光探测器上的两相干光束便产生干涉,干涉光强由公式A2=A12+A22+2A1A2cos(?φ)确定.两相干光的相位差为?φ=2k0?L 为了克服空气受环境条件影响所导致的空气光程的变化，可考虑用全光纤干涉仪结构。如图所示，图中以一个3dB耦合器取代分束器，光纤光程取代了空气光程，而且以敏感光纤作为相位调制元件。这种全光纤结构不公避免了非待测场的干扰影响，而且免除了每次测量要调光路准直等繁琐的工作，使其更适合于现场测量，更接近实用化。 原理（版本二） He-Ne激光通过耦合透镜进入单模光纤后被光纤耦合器分成强度相等的两束，分别进入参考臂和传感臂中传播。两干涉臂中传播的光线经各自光纤端面的反射镜Ml、M2反射重新返回光纤中，当干涉仪两个臂问的光程差小于光源的相干长度时，两束光在光纤耦合器的另一输出端将发生干涉。输出的干涉信号进入光电探测器D。这样光电探测器D就给出了干涉强度和两束光光程差之间的函数关系，即干涉图。 光纤迈克尔逊干涉相位差与光强的关系图如下 若I1r、I2r为试件界面反射进入光纤的光强。则4束反射光到达光探测器产生干涉，其输出光强Iout可表示为： 改进型的Michelson干涉仪，以下为其中两种 带有偏振控制器的Michelson干涉仪．光纤偏振控制器用来控制参考臂中传播的参考光的偏振态，使参考光和信号光的偏振态相互匹配，因为传输光偏振态对于相干光通信和光纤干涉仪以及干涉型光纤传感器的影响非常明显。 步进电机用来改变传感臂中传输的信号光的光程，以此来改变信号光与参考光的相位差，进而改变从耦合器出来的干涉光的光强。从光电探测器出来的干涉光如果送入示波器则可以用电信号演示由于步进电机的移动导致干涉光的强弱呈现有规律的变化，这点可以代替传统的Michelson干涉仪，可以形象地演示两束光的干涉过程；如果从光电探测器出来的光送入PC机，可以直接观察两束光的干涉动态过程；另外，配合相关软件可以测量微位移、折射率、压力、磁场强弱、应力应变等。 二.应用 1、代替传统的Michelson干涉仪应用于教学 传统的Michelson干涉仪在演示双光束的干涉时，能够较清晰地看出于涉条纹，但动态演示干涉过程效果不理想。而光纤Michelson干涉仪系统能从电信号和光信号两方面演示双光束的干涉，特别是与PC机相连后，能够动态地演示双光束干涉的整个过程，因为在图3中步进电机的移动改变了信号臂光纤的长度ls，进而改变干涉光的光强，这能够从理论、实验同时进行解释双光束干涉的实质。 2、测量微位移 在图3中，把信号臂一侧的反射端面贴在待测量对象(比如置于空气中)上，信号臂光纤端面与反射端面距离为l0，有 当反射端面随着待测物体发生微位移时，使l0发生变化，即式中的Δφ变化，进而使得干涉光的光强变化，以此来达到测量微位移的目的。采用光的干涉法测量微位移是目前精度最高且实用的方法。 3、测量折射率 在图3中，把信号臂一侧的反射端面固定，信号臂光纤端面与反射端面距离为l0，待测物体长lx，折射率为nx，待测物体置于信号臂光纤端面与反射端面之间后，式变形为 待测物体长lx；可以测量出来，在式中待测物体折射率nx改变了干涉光的光强，由光强的变化测量物体的折射率nx． 4、测量微应变、应力 把信号臂紧贴在被测量对象表面，当应变波作用在信号臂上时，使光纤发生微小形变进而改变信号臂光纤的折射率，这样光纤折射率n的变化使得相位差Δφ发生变化，进而使得干涉光的光强I变化，以此来达到测量微应变、应力的目的。 5、测量磁场的强弱 把信号臂涂上一层磁敏材料置于待测量磁场中，当磁场作用在磁敏材料上时，使光纤发生收缩进而改变信号臂光纤的折射率n和长度l0，这样使相位差Δφ发生变化，进而使得干涉光的光强变化，以此来测量磁场的强弱。 6、测量压力 图3中，把压力膜片表面镀上一层反射膜作为信号臂光纤的反射端面，压力膜片距离信号臂光纤端面l0，当待测压力P作用在膜片上时，P改变式(21)中l0的来改变Δφ，同时也改变式(11)中的反射率Rf，进而改变干涉光的光强，来达到测量目的，这种测量方法精度高，测量压力的范围大且能实现非接触式测量。 7、检测超声波 一种基于Michelson干涉仪原理构成的非接触式光纤超声传感系统，用来检测超声波．该