光纖干涉儀

簡介

光纖干涉儀

光纖Mach-Zehnder干涉儀可以用於教學實驗裝置，學生利用此裝置進行實驗，不僅可以加深對光干涉現象的理解，明了影響光干涉的因素，而且可以鍛鍊動手調節光路的能力，啟發創新意識。

解析

評價光纖連線器端面的球面半徑和光纖高度，首先必須測量連線器端面的形狀。干涉儀具有測量精度高，速度

光纖干涉儀

快，成本低等優點，是測量表面形狀的一個有效手段。是光纖連線器端面檢測干涉儀的系統概要。由光源射出的光線經半透鏡反射到米羅干涉物鏡後，光線聚焦於被檢測光纖連線器的端面，經端面反射後與米羅干涉物鏡的反射面反射的光線一同透過半透鏡，成像於CCD攝像頭。這時在CCD攝像頭上可以觀察到干涉條紋。

CCD攝像頭測得的圖像經圖像卡傳送到計算機進行解析處理。就可以得到我們所需要的測量結果。由計算機經過控制卡及控制迴路控制的PZT(壓電陶瓷組件)用於移動米羅干涉物鏡以產生位相移動。
解析干涉條紋可以套用傅立葉變換法2，3，4,也可以套用位相移動法5，6。傅立葉變換法具有簡單，快速，低成本等優點，但精度較低，一般用於簡易型測量儀。對於光纖連線器端面形狀的測量，一般採用解析精度較高的位相移動法。
必須指出的是位相連線是一個比較複雜的過程。選擇不同的位相連線算法，計算速度和安定性將會不同。

載物台的傾斜調整

光纖干涉儀

載物台的傾斜調整是一項關鍵技術。如果載物台的傾斜調整精度不高，將極大地影響球面頂點偏心，APC角度及定位鍵角度的測量精度。圖4為傾斜調整和球面頂點偏心測量精度的關係概要。如圖4（a）所示，當載物台傾斜調整完整時，干涉儀光學系統的光軸將與被測定光纖連線器的插芯的中心軸平行。此時，鏇轉被測定光纖連線器時，光纖連線器端面的球面頂點（環形干涉條紋的中心如A點或B點）將繞光纖的中心O點鏇轉，構成一個以O點為中心的圓。測定的頂點偏芯值OA或OB將與實際的頂點偏芯相同。也就是說，無論鏇轉光纖連線器到什麼角度，測定的頂點偏芯值的變化將不會太大。相反，如圖4（b）所示，當載物台傾斜調整不完整時，干涉儀光學系統的光軸將會與被測定光纖連線器的插芯的中心軸交叉成一個角度。此時，鏇轉被測定光纖連線器時，光纖連線器端面的球面頂點（環形干涉條紋的中心如A點，B點，C點或D點）會繞一個與光纖的中心O不相同的中心O*鏇轉，構成一個以O*為中心的圓。顯然，在不同位置測量的頂點偏芯值OA，OB或OC將與實際的頂點偏芯OD不相同。也就是說，鏇轉光纖連線器後，測定的頂點偏芯值將會有很大的變化。從這個現象也可以得到一個檢驗載物台傾斜調整是否完整的方法。即，鏇轉光纖連線器，依次測定頂點偏芯值，如果測定的頂點偏芯值變化不大，則載物台傾斜調整是完整的。反之，則載物台傾斜調整是不完整的。為了提高載物台傾斜的調整精度，富士寫真光機株式會社開發了一種高精度，操作簡單的載物台傾斜調整技術（已申請多國專利）7,8，可以達到大大高於一般調整方法的調整精度。

測量再現性

測量再現性對光纖連線器端面檢測儀的測量精度有很大的影響。以頂點偏心為例，目前，絕大部分廠商生產的光

光纖干涉儀

纖連線器端面檢測儀的測量再現性精度大約在±5μm附近。這些數據可以從各廠家的網頁方便的查到。有的廠家以測量再現性的標準偏差σ來衡量。按照誤差理論的計算方法，此時的測量再現性最大誤差可達±3σ，大約也在±6μm附近。
一般不可能要求測量儀器的測量精度高於測量再現性精度。所以再現性精度是判定測量儀器的測量精度最重要指標之一。
光纖連線器端面檢測儀的測量再現性精度主要由光纖連線器端面檢測干涉儀的測量再現性精度（由PZT的位相移動精度，CCD攝像頭的精度和圖像卡的A/D轉換器的精度，測量電路的噪聲，測量環境，如振動，溫度的變化決定），以及載物台光纖連線器固定夾具的定位精度來決定。此外，一般由於光纖連線器插入固定夾具的鏇轉方向角度的不確定性（除APC光纖連線器），載物台的傾斜調整精度也會影響測量再現性精度。
對於干涉儀的測量再現性，可以固定光纖連線器於載物台的固定夾具上，在不拔出光纖連線器的狀態下反覆進行測量。然後，對測量的數值進行處理，從而評價干涉儀本身的測量再現性。一般來說，基於現代干涉儀測量技術和干涉條紋解析技術而開發的干涉儀具有很高的測量再現性。不過，由於光學設計及光路布置不當，有些廠家的干涉儀對振動很敏感，從而影響干涉儀的測量再現性精度。
對於光纖連線器固定夾具的定位精度，可以多次插入/拔出被測光纖連線器，對同一光纖連線器反覆進行測量。然後，對測量的數值進行處理，從而評價光纖連線器固定夾具的定位精度。必須指出的是，由於大多採用某種標準器，如標準光纖連線器來進行載物台的傾斜調整，載物台的傾斜調整精度也會受到固定夾具的定位精度的影響，因此，提高固定夾具的定位精度是提高整個光纖連線器端面檢測儀的測量精度的關鍵。為了提高固定夾具的定位精度，富士寫真光機株式會社開發了一種高精度，操作簡單，可靠性高的光

干涉現象是光學的基本現象，利用光纖實現光的干涉，是光干涉現象的重要套用。由於光纖取代透鏡系統構成的光路具有柔軟、形狀可隨意變化、傳輸距離遠、可適用於各種有強電磁干擾、易燃易爆等惡劣環境，從而可以構造出各種結構的干涉儀和許多功能器件，如光纖陀螺、光開關、光定位器件等，有廣泛的套用前景。光纖Mach-Zehnder干涉儀可以用於教學實驗裝置，學生利用此裝置進行實驗，不僅可以加深對光干涉現象的理解，明了影響光干涉的因素，而且可以鍛鍊動手調節光路的能力，啟發創新意識。

產品用途

本產品可用作教學實驗觀察光纖干涉條紋，也可用於感測器方面。通過條紋變化得到外界對相位產生影響的變化量。

原理

光纖Mach-Zehnder干涉儀是利用耦合器的分光、合光特性，將輸入光分為大小相等的兩束，經兩干涉臂傳輸，在輸出端兩臂會合輸出，在空間形成干涉。

使用條件

a暗室；b防止震動；c室內清潔，無灰塵；d實驗桌面平整；e室溫.

技術指標

輸出端總光強大於300μW
輸出光的線偏振度大於98%
可觀測的條紋數多於25條
PZT引起的條紋移動多於2條

使用注意事項

注意人身安全：
雷射光強較大，不要讓雷射直接打到眼睛上；
雷射電源紅黑插頭間電壓約1470伏，操作時一定要小心高壓。
儀器安全：
雷射器的電源插孔，紅對紅，黑對黑，不可接反；若雷射器接通電源3秒後，雷射管中無雷射輸出，則關掉電源，重新檢查是否正確接好電路，檢查無誤後，再次開電源，切不可在無光情況下，長時間開通電源，以免燒毀電源；關閉雷射管時，應先關掉雷射管電源，後拔電源插頭。
調節過程中注意保護光纖，以免不小心將其碰折，一定要保證輕拿輕放。
本實驗對精密度要求極高，一定注意保護微調架，調節微調架時要輕調，不可用力過大，以免弄壞微調架。移動微調架時應托著底部，不能拿上部。
6、故障及維修
接通雷射器電源3秒後無光輸出。可能原因：雷射器的電源紅黑插也接反；雷射器的泵浦沒有正常工作。維修方法：檢查雷射器電源插孔是否正確對接。若正確對接，則重新接電源，觀察3秒後看是否有光輸出。
耦合進光纖的光功率太小。可能原因及解決方法：
雷射器與透鏡沒準直好；解決方法：對光路重新進行準直；
起偏器與透鏡的通光孔端面落有灰塵；解決方法：把通光孔表面的灰塵擦去或重新更換新的。
光纖接頭的前端面落有灰塵；解決方法：用脫脂棉沾酒精輕輕擦拭，除掉表面的灰塵。
壓電陶瓷不能正常調節相位，即不能使干涉條紋產生正常移動。可能原因：加在壓電陶瓷上的電源電壓存在問題。解決方法：檢查加在壓電陶瓷上的電源電壓是否正確，若不正確則進行改正。
接收屏上接收的干涉條紋光斑為橢圓形。可能原因：輸出端面沒有磨平。解決方法：重新研磨輸出端面。

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