光纤干涉仪简介

光纤Mach-Zehnder干涉仪可以用于教学实验装置，学生利用此装置进行实验，不仅可以加深对光干涉现象的理解，明了影响光干涉的因素，而且可以锻炼动手调节光路的能力，启发创新意识。

评价光纤连接器端面的球面半径和光纤高度，首先必须测量连接器端面的形状。干涉仪具有测量精度高，速度

快，成本低等优点，是测量表面形状的一个有效手段。是光纤连接器端面检测干涉仪的系统概要。由光源射出的光线经半透镜反射到米罗干涉物镜后，光线聚焦于被检测光纤连接器的端面，经端面反射后与米罗干涉物镜的反射面反射的光线一同透过半透镜，成像于CCD摄像头。这时在CCD摄像头上可以观察到干涉条纹。 CCD摄像头测得的图像经图像卡传送到计算机进行解析处理。就可以得到我们所需要的测量结果。由计算机经过控制卡及控制回路控制的PZT(压电陶瓷组件)用于移动米罗干涉物镜以产生位相移动。

解析干涉条纹可以应用傅立叶变换法2，3，4,也可以应用位相移动法5，6。傅立叶变换法具有简单，快速，低成本等优点，但精度较低，一般用于简易型测量仪。对于光纤连接器端面形状的测量，一般采用解析精度较高的位相移动法。

必须指出的是位相连接是一个比较复杂的过程。选择不同的位相连接算法，计算速度和安定性将会不同。

载物台的倾斜调整是一项关键技术。如果载物台的倾斜调整精度不高，将极大地影响球面顶点偏心，APC角度及定位键角度的测量精度。图4为倾斜调整和球面顶点偏心测量精度的关系概要。如图4（a）所示，当载物台倾斜调整完整时，干涉仪光学系统的光轴将与被测定光纤连接器的插芯的中心轴平行。此时，旋转被测定光纤连接器时，光纤连接器端面的球面顶点（环形干涉条纹的中心如A点或B点）将绕光纤的中心O点旋转，构成一个以O点为中心的圆。测定的顶点偏芯值OA或OB将与实际的顶点偏芯相同。也就是说，无论旋转光纤连接器到什幺角度，测定的顶点偏芯值的变化将不会太大。相反，如图4（b）所示，当载物台倾斜调整不完整时，干涉仪光学系统的光轴将会与被测定光纤连接器的插芯的中心轴交叉成一个角度。此时，旋转被测定光纤连接器时，光纤连接器端面的球面顶点（环形干涉条纹的中心如A点，B点，C点或D点）会绕一个与光纤的中心O不相同的中心O*旋转，构成一个以O*为中心的圆。显然，在不同位置测量的顶点偏芯值OA，OB或OC将与实际的顶点偏芯OD不相同。也就是说，旋转光纤连接器后，测定的顶点偏芯值将会有很大的变化。从这个现象也可以得到一个检验载物台倾斜调整是否完整的方法。即，旋转光纤连接器，依次测定顶点偏芯值，如果测定的顶点偏芯值变化不大，则载物台倾斜调整是完整的。反之，则载物台倾斜调整是不完整的。为了提高载物台倾斜的调整精度，富士写真光机株式会社开发了一种高精度，操作简单的载物台倾斜调整技术（已申请多国专利）7,8，可以达到大大高于一般调整方法的调整精度。

测量再现性对光纤连接器端面检测仪的测量精度有很大的影响。以顶点偏心为例，目前，绝大部分厂商生产的光

纤连接器端面检测仪的测量再现性精度大约在±5μm附近。这些数据可以从各厂家的网页方便的查到。有的厂家以测量再现性的标准偏差σ来衡量。按照误差理论的计算方法，此时的测量再现性最大误差可达±3σ，大约也在±6μm附近。

一般不可能要求测量仪器的测量精度高于测量再现性精度。所以再现性精度是判定测量仪器的测量精度最重要指标之一。

光纤连接器端面检测仪的测量再现性精度主要由光纤连接器端面检测干涉仪的测量再现性精度（由PZT的位相移动精度，CCD摄像头的精度和图像卡的A/D转换器的精度，测量电路的噪声，测量环境，如振动，温度的变化决定），以及载物台光纤连接器固定夹具的定位精度来决定。此外，一般由于光纤连接器插入固定夹具的旋转方向角度的不确定性（除APC光纤连接器），载物台的倾斜调整精度也会影响测量再现性精度。

对于干涉仪的测量再现性，可以固定光纤连接器于载物台的固定夹具上，在不拔出光纤连接器的状态下反复进行测量。然后，对测量的数值进行处理，从而评价干涉仪本身的测量再现性。一般来说，基于现代干涉仪测量技术和干涉条纹解析技术而开发的干涉仪具有很高的测量再现性。不过，由于光学设计及光路布置不当，有些厂家的干涉仪对振动很敏感，从而影响干涉仪的测量再现性精度。

对于光纤连接器固定夹具的定位精度，可以多次插入/拔出被测光纤连接器，对同一光纤连接器反复进行测量。然后，对测量的数值进行处理，从而评价光纤连接器固定夹具的定位精度。必须指出的是，由于大多采用某种标准器，如标准光纤连接器来进行载物台的倾斜调整，载物台的倾斜调整精度也会受到固定夹具的定位精度的影响，因此，提高固定夹具的定位精度是提高整个光纤连接器端面检测仪的测量精度的关键。为了提高固定夹具的定位精度，富士写真光机株式会社开发了一种高精度，操作简单，可靠性高的光 干涉现象是光学的基本现象，利用光纤实现光的干涉，是光干涉现象的重要应用。由于光纤取代透镜系统构成的光路具有柔软、形状可随意变化、传输距离远、可适用于各种有强电磁干扰、易燃易爆等恶劣环境，从而可以构造出各种结构的干涉仪和许多功能器件，如光纤陀螺、光开关、光定位器件等，有广泛的应用前景。光纤Mach-Zehnder干涉仪可以用于教学实验装置，学生利用此装置进行实验，不仅可以加深对光干涉现象的理解，明了影响光干涉的因素，而且可以锻炼动手调节光路的能力，启发创新意识。

本产品可用作教学实验观察光纤干涉条纹，也可用于传感器方面。通过条纹变化得到外界对相位产生影响的变化量。

光纤Mach-Zehnder干涉仪是利用耦合器的分光、合光特性，将输入光分为大小相等的两束，经两干涉臂传输，在输出端两臂会合输出，在空间形成干涉。

a暗室；b防止震动；c室内清洁，无灰尘；d实验桌面平整；e室温.

输出端总光强大于300μW

输出光的线偏振度大于98%

可观测的条纹数多于25条

PZT引起的条纹移动多于2条

注意人身安全：

激光光强较大，不要让激光直接打到眼睛上；

激光电源红黑插头间电压约1470伏，操作时一定要小心高压。

仪器安全：

激光器的电源插孔，红对红，黑对黑，不可接反；若激光器接通电源3秒后，激光管中无激光输出，则关掉电源，重新检查是否正确接好电路，检查无误后，再次开电源，切不可在无光情况下，长时间开通电源，以免烧毁电源；关闭激光管时，应先关掉激光管电源，后拔电源插头。

调节过程中注意保护光纤，以免不小心将其碰折，一定要保证轻拿轻放。

本实验对精密度要求极高，一定注意保护微调架，调节微调架时要轻调，不可用力过大，以免弄坏微调架。移动微调架时应托着底部，不能拿上部。

6、故障及维修

接通激光器电源3秒后无光输出。可能原因：激光器的电源红黑插也接反；激光器的泵浦没有正常工作。维修方法：检查激光器电源插孔是否正确对接。若正确对接，则重新接电源，观察3秒后看是否有光输出。

耦合进光纤的光功率太小。可能原因及解决方法：

激光器与透镜没准直好；解决方法：对光路重新进行准直；

起偏器与透镜的通光孔端面落有灰尘；解决方法：把通光孔表面的灰尘擦去或重新更换新的。

光纤接头的前端面落有灰尘；解决方法：用脱脂棉沾酒精轻轻擦拭，除掉表面的灰尘。

压电陶瓷不能正常调节相位，即不能使干涉条纹产生正常移动。可能原因：加在压电陶瓷上的电源电压存在问题。解决方法：检查加在压电陶瓷上的电源电压是否正确，若不正确则进行改正。

接收屏上接收的干涉条纹光斑为椭圆形。可能原因：输出端面没有磨平。解决方法：重新研磨输出端面。