光纤传感实验PB08013301吴昊声一、实验目的1.学习光纤数值孔径的物理含义、光纤与光源耦合方法的原理；2.理解M—Z干涉的原理和用途；了解传感器原理；3.实测光纤压力传感器和温度传感器实验数据。二、实验仪器激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等三、实验原理1．光纤数值孔径、光纤的耦合方法（1）光纤数值孔径光纤剖面图光纤的基本结构如图1，它主要包括三层（工程上有时有四层或五层，图中是四层结构）1.纤芯；2.包层；3.起保护作用的涂敷层；4.较厚的保护层。纤芯和包层的折射率分别是和，如图2，为了使光线在光纤中传播，纤芯的折射率（）必须比包层()的折射率大，这样才会产生全反射。光线1以角入射在光纤端面上，光线经折射后进入光纤，以角入射到纤芯和包层间的光滑界面上。只要我们选择适当的入射角，总可以使角大于临界角，的大小由公式决定，使光线1在界面上发生全反射。全反射光线1又以同样的角度在对面界面上发生第二次反射。如果光纤是均匀的圆柱体，入射光线经无数次反射后从另一端以和入射角相同的角度射出。（思考：该原理是否可以帮助测量数值孔径）第1页共8页在光纤断面上，当光线入射角小于一个定值时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角才会大于临界角，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。在光纤端面上，入射角的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角，光线将射出界面，如图中光线2。这个入射角称为光纤的孔径角，它的数值由光纤的数值孔径决定。光纤的数值孔径（NA）定义为（1）式中是入射光线所在介质的折射率，和分别为光纤的纤芯和包层的折射率。由式（1）可见，纤芯和包层的折射率相差越大，越大，光纤的数值孔径就越大。数值孔径是表示光纤集光能力的一个参量，它越大就表示光纤接收的光通量越多。（2）光纤的耦合光纤与光源的耦合有直接耦合和经聚光器件耦合两种。聚光器件有传统的透镜和自聚焦透镜之分。自聚焦透镜的外形为“棒”形（圆柱体），所以也称之为自聚焦棒。实际上，它是折射率分布指数为2（即抛物线型）的渐变型光纤棒的一小段。直接耦合是使光纤直接对准光源输出的光进行的“对接”耦合。这种方法的操作过程是：用光纤剥线钳剥去保护层和涂敷层，清理干净光纤包层，然后用宝石刀切割，制备出平整的光纤端面；调整激光器和纤芯置的相对位置，使光纤输出端的输出光强最大，然后固定。如果光源输出光束的横截...
