光电仪器与测量专业实验教学讲义

光电仪器与测量专业实验指导书指导教师：李彦时间：2014.11.1 和 2014.11.2学时：16 学时学分：1 分实验名称：（1）白光干涉仪实验（2）光谱仪实验一白光干涉仪实验一白光干涉仪实验1.1.实验目的实验目的（1）了解白光干涉仪的工作原理（2）了解利用白光干涉仪测量光纤环中应力分布的方法2.2.实验器材实验器材SLD 光源、白光干涉仪、起偏器、光纤环、光纤适配器、剥纤钳、酒精瓶、宝石刀、计算机、无尘纸、消光比测试仪，温箱。3.3.实验原理及目的实验原理及目的应力会导致在光纤中传输光波偏振态的变化，通过分布式偏振串扰测试技术可以获得光纤环的应力分布模型，并用于评价光纤环的性能。白光干涉仪利用麦克尔逊干涉仪作为测量手段，它可以测试光纤环的偏振串扰分布。它采用了宽谱光源，其相干长度很短。在白光干涉仪中，只有当两束光的光程差小于其相干长度时，这两束光才能发生干涉。利用白光干涉仪的这个特点，系统可以确定被测物体中耦合点的位置和强度。也就是，可以测量光路中偏振分布变化情况。在光纤环中，偏振的变化与应力分布对应，因此，白光干涉仪可以从偏振的角度对光纤环应力分布进行测量。原理如图一所示。输入光波输入光波补偿干涉仪补偿干涉仪输入干涉仪输入干涉仪图一 白光干涉仪原理当被测光纤环中存在偏振耦合时，入射光波通过入射干涉仪后分为两路这两路光波位置差与入射干涉仪光程差一致。再通过补偿干涉仪后输出为四路光波。它们的偏振态分别两两正交。两对正交的偏振光波的位置差与补偿干涉仪的光程差一致。这个值是可以改变的，因此，当某一位置发生干涉时，就会被识别。实验系统如图二所示。图二 白光干涉仪检测系统本实验使学生了解白光干涉仪的基本原理以及测量光纤环应力分布的基本方法，通过本实验的操作，掌握光学系统的基本操作与调试。4.4.实验步骤实验步骤（1）将待测光纤环放入温箱中；（2）按设备操作说明开启白光干涉仪；（3）处理光纤环的尾纤端头，安装适配器，将适配器分别与消光比测试仪和起偏器连接；（4）调节起偏器，调出光纤环的最大串音和最高功率值；（5）将与消光比测试仪连接的适配器与白光干涉仪的输入端连接，调节白光干涉仪控制软件的参数；（6）打开温度控制开关，预热后升温，温度每变化10记录一次应力分布曲线。共测量 3 组数据。（7）试验报告：利用白光干涉仪测试光纤环的偏振交叉耦合分布，给出光纤环中点和末端位置的偏振交叉耦合的坐标，同时给出光纤环中相邻偏振交叉耦合点的坐标。5.5.学生要求学生要求（1）独立调出光纤环的最大串音和最高功率值；（2）根据实验数据描绘出不同温度下光纤环的应力分布曲线。二光谱仪实验二光谱仪实验1.1.实验目的实验目的（1）了解光谱仪的使用方法（2）了解保偏光纤和起偏器对传输光波光谱的影响2.2.实验器材实验器材超辐射发光二极管（SLD）或掺铒超荧光光纤光源（SFS）、光谱仪、光源驱动仪或能提供+5V 和-5V 的稳压电源、适配器、宝石刀、酒精瓶、无尘纸、光纤环、起偏器、光纤熔接机3.3.实验原理及目的实验原理及目的在光谱测量过程中，获得光谱线的准确波长值是非常重要的环节。光谱仪时可以测量谱线波长或波长间隔的仪器。一束光波入射进保偏光纤时，如果其振动方向跟保偏光纤的主轴呈一定角度，则可将其分解为沿慢轴和快轴的偏振分量，不同的偏振分量通过一定长度的保偏光纤后具有不同的光程。当把两根保偏光纤的主轴按一定角度对接时，从第一根光纤输出的光波的两个偏振分量在进入第二根光纤时将发生偏振模式的交叉耦合；当保偏光纤的主轴与偏振器的透光轴成一定角度对接时，从偏振器输出的光波将是沿透光轴方向传输的主波与耦合波的干涉输出。由于保偏光纤和偏振器的上述特性，光波经保偏光纤和偏振器传输后，输出光谱的形状将发生变化。工作原理如图三（a）所示，测试系统如图三（b）所示。(a)光源光源光源驱动与光源驱动与温控电路温控电路起偏器起偏器光谱仪光谱仪熔接点熔接点保偏光纤保偏光纤(b)图三 测试系统4.4.实验步骤实验步骤（1）将超辐射发光二极管（SLD）与驱动仪连接，打开驱动仪电源；（2）测试光路如图四所示；A、SLD 光源与 Y 波导，0熔接，Y 波导输出熔接 PC 头；B、SLD 光源与 Y 波导，45熔接，Y 波导输出熔接 PC 头。C、SLD 光源与 Y 波导、光纤环，0熔接，光纤环输出熔接 PC 头。光源光源耦合器耦合器1 1端端4545起偏器起偏器2 2端端3 3端端起偏器起偏器00Fiber coilFiber coil图四试验系统（3）实验报告：A、根据测试数据，绘制出 SLD 光源、1 端、2 端、3 端的输出光谱。B、给出三个端输出光谱的平均波长、半最大值全宽和总功率。5.5.学生要求学生要求（1）独立操作光谱仪。（2）掌握保偏光纤长度不同、熔接角度不同时对输出光谱的影响。