实验二
光纤干涉仪实验讲义(使用说明书)
北京方式科技有限责任公司
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一. 实验内容与目的
1. 光纤端面的处理与光纤耦合
为了得到尽量高的耦合效率，光纤的端面必须经过专门处理。通过学生亲自操作，让学生了解掌握光纤的结构和光纤端面的一般处理方法，以及光纤的耦合方法，培养学生的动手实践能力。通过对光纤输出端光斑的观察了解模式的概念。 2. 光纤干涉仪的搭制
通过摆放光纤干涉仪的光路，了解光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构和特点。
3. 干涉仪的测量与定标
通过观察测量温度与条纹移动数的关系，与及敏感长度与灵敏度的关系，进一步了解干涉仪作为温度传感器的参数特性与及其作为一台测量仪器的定标。
二. 设备成套性
1. 半导体激光器+二维调整架 1套 2. 7自由度光纤耦合调整架 2套 3. 二维可调分束镜 1套 4. 光纤座 1个 5. CCD摄像头+监视器 1套 6. 光纤 1盘 7. 光纤刀 1把 8. 剥皮钳 1把 9. 白屏 1个 10. 温控仪 1台 11. 磁性表座 7个 12. 隔振平台（选购） 1个
三. 设备的布置与调整
干涉仪的光路原理图如图一。
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整套装置由
1. 半导体激光器（含二维调整架） 2. 二维可调分束镜
3. 7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
组成，其工作原理如下：
图一
由长相干半导体激光器发出的激光束，经分束镜后一分为二，分别打在两个7自由度光纤耦合调整架中的聚焦透镜上，进行聚焦。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激光焦点处，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并发散。将两条光纤的输出端并拢，使二束激光重叠合并。在适当的条件下，重叠区将产生干涉条纹。光纤的直径决定了干涉条纹非常细密，以肉眼观察很难观察清楚。我们在这里采用了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，在监视器上就可观察到对比适当、宽窄适度的干涉条纹了。适当地固定好光纤，分别将手掌靠近其中的一条光纤，我们将会看到干涉条纹快速移动。
四. 实验操作步骤
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1. 放好激光器，打开电源。调整激光器的俯仰角，使激光束基本平行于桌
面。（如何判断？）锁死磁性底座。
2. 在距激光器10cm左右处，放上分束镜，并调整光束与分束镜之间的夹
角，使透射光和反射光光强大致相等，（为什么二光束光强比依赖于夹角）。锁死磁性底座。
3. 在二束光的光路上分别放上7自由度光纤耦合调整架，使激光束正入射
聚焦透镜，并锁死磁性底座。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。仔细调整聚焦透镜的位置，使落在白纸上的光斑明亮而对称，并记下焦点处的大致位置。
4. 从光纤盘中裁下1—1.5m长的光纤两根，用剥皮钳分别剥下光纤两端约
10mm长的塑料涂覆层，再用笔式光纤刀在4—5mm处轻划一刀（注意不要直接切断光纤），感觉有一点发涩，有点划玻璃的感觉。在轻划处弯曲光纤，使之在此处断裂。切割后的光纤端面应不再触摸。
5. 将经过切割处理的光纤放上光纤夹的细缝中，并伸出4—8mm，压上弹
簧压片，插入耦合架中，使光纤端面大致位于激光焦点处，旋紧锁紧螺钉。注：在将光纤放入光纤前，一定要剔除光纤夹中的残留断光纤。 6. 仔细调整耦合调整架，使激光耦合进光纤。这时光纤端面将很明亮，光
纤夹尾端的光纤也会发红。
7. 观察光纤输出端的情况，应可看到有红色激光输出，使输出激光打在白
屏上，观察其强弱和形状。
8. 反复仔细调整耦合架并观察输出光强和形状的变化，并尽量使之最亮并
对称。光斑的形状即反映了光纤的模式。虽然我们采用的光纤为光纤通讯用单模光纤，但在这里我们看到的光斑光强分布并不是一个单模高斯分布（为什么？）。
9. 按以上方法将另一根光纤同样安装耦合好，并将出光端合并，等长地放
在光纤座上，用磁吸压住。
10. 在出光端前约10cm处放置CCD摄像头并使两光束进入摄像头。打开监视
器电源，应可观察到干涉条纹的图像，适当调整距离和对比度，并注意
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CCD要背光以得到对比度和宽窄适当的条纹图像。
11. 将其中的一条光纤作为测量臂，将其固定在半导体致冷片上，压上盖板，
准备测量。（致冷片宽度30mm）
12. 待条纹稳定一段时间后，缓慢调节制冷片的温度并同时观察条纹的移动
情况，并记录下来，为了减少误差可反复测量2—4次，取平均值，求出仪器灵敏度。
13. 使光纤弯曲、折叠，使光纤反复通过致冷片表面，使敏感长度分别为30mm
的1、2、3……倍，重复步骤12的操作，求出灵敏度与敏感长度的关系。
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