光纤温度传感特性研究
2009301020015 钟础宇 09物基
摘要：本实验根据双光束干涉原理，利用一个光纤干涉仪，观察干涉现象，并考察干涉条纹形状及影响可见度的因素。根据相位调制测温的基本原理，采用自组光纤干涉仪研究温度变化与干涉条纹移动数目的关系。
关键字：光纤 温度传感器 干涉
Abstract：Based on the two-ray interference principle, this experiment is to observe two-ray interference phenomenon of optical fiber and detect the factors which can affect the shape of the interference fringes and its visibility, using a fiber optic interferometer. According to the principle of temperature measurement by phase, we adopt our self-assemble fiber optic interferometer to study how the shift of the temperature and the changes of the fringes are connected.
Key words：fiber; temperature pickup; interference
实验原理:
光学纤维（简称光纤）是20世纪70年代为光通信而发展起来的一种新型材料。它是用玻璃预制棒拉丝而成的纤维，与其它材料相比具有许多独特的性能。如质地柔软，有良好的传光性能；频带宽，能同时传输大量信息；电绝缘性能好；不受电磁干扰等。此外，光纤本身就是一个敏感元件，可以构成检测位移、速度、加速度、压力、流量、振动、温度、电流、电场、磁场等物理量的光纤传感器。
光通过光纤在内部传输过程中，受到外界因素（如温度、压力、磁场等）的作用，会引起光波的振幅（光强）、相位、偏振态等变化。因此，我们只要测出这些参量随外界因素的变化关系，就可以用它作为传感元件来探测温度、压力、磁场等物理量的变化，这就是光纤传感器的工作原理。
光纤传感器可分成光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制四种形式，本实验涉及的是相位调制型光纤温度传感器。温度的变化能引起光纤中光波相位的变化，通过光纤干涉仪检测相位变化即可测得温度。
图5-26-1是光纤干涉仪测温的原理图。激光通过扩束镜扩束后，由分束器分成两束，分别经透镜耦合进入两根光纤，将两光纤输出端密接在一起，两输出光波在空间叠加形成干涉条纹。今一根光纤为信号臂，被置于恒温器中，一般认为，它在测温过程中光程始终保持不变；另一光纤为信号臂，被置于温度场中，在温度作用下，信号臂光纤的长度和折射率均随之变化。于是输出两光波的光程差（位相差）也发生相应变化，因而使干涉条纹移动。观察干涉条纹移动的数目，便可确定温度的变化。
今通过信号臂光纤的光波相位为
由温度变化引起的相位变化可写成
改写上式可得：
称为光纤温度敏感系数。采用氦氖激光时，对于石英光纤
=107
实验内容:
（一）建立光纤干涉仪实验装置并观察干涉现象
1．要求自行
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
光路，切削好两光纤端面，构成干涉仪，并调出干涉条纹。
2．观察干涉现象，记录并解释观察结果。
⑴ 两光纤出射端并行放置与前后错位放置，干涉条纹形状有何变化？怎样放置才能得到圆形干涉条纹？
⑵ 两光纤出射端并行放置且有一定角度时，改变其角度，观察干涉条纹变化的规律。
⑶ 改变进入两光纤的光强比，观察条纹可见度的变化。
（二）用自组光纤干涉仪研究温度变化与条纹移动数目的关系
要求温度变化范围从室温到100摄氏度，做出升温和降温两组温度变化与条纹移动数目的关系曲线。测量温度场中光纤长度L，算出光纤温度敏感系数并与理论值比较，
分析
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结果的误差原因。
实验数据
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
格及数据处理:
温度与条纹变化数(设初始值为0)的关系表格：
T/℃
40
42
44
46
48
50
52
54
N
0
8
8
9
9
8
9
9
T/℃
56
58
60
62
64
66
68
70
N
8
8
9
9
8
7
8
8
T/℃
72
74
76
78
80
82
84
86
N
8
7
8
8
9
8
8
8
T/℃
88
90
92
94
96
98
100
N
8
7
8
8
7
8
8
条纹移动总数与温度变关系图表：
计算得，每升高一度移动条纹4.08条；
根据理论值，一米的光纤每升高一度通过的条纹数为17；
本实验所使用光纤的长度为0.2米，理论上每升高一度移动3.4条；
误差为
。
实验现象观察结果:
(1)两光纤出射端并行放置出现平行干涉直条纹，逐渐使两个光纤出射端错位时干涉直条纹曲率变大，逐渐弯曲，当两光纤出射端错位到一定程度时出现干涉圆环，并且由于不稳定的原因圆环中心不断有圆环冒出或消失；
(2)两光纤出射端并行放置且有一定角度时，改变其角度，干涉条纹的间距发生变化；
(3)耦合进入两光纤的光强比越接近1，条纹可见度越大。小于或大于1都会使条纹可见度降低。
实验注意事项:
(1)单模光纤的长度要适当，两光路光程要大致相等；
(2)要使激光尽可能多的耦合到两光纤中，并且使耦合到两光纤的光强大致相同，两光纤出射端要紧靠一起；
参考文献:
[1]张志鹏、W.A.Gambling，光纤传感器原理，中国计量出版，1991， 第五章
[2]周殿清 基础物理实验，科学出版社 2010
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