光纤传感器实验

实验重点及难点

实验重点:

1.掌握单模光纤切割的基本方法

2.理解光纤耦合的直接耦合和间接耦合的基本原理

3.理解M-Z光纤温度传感器的基本工作原理

实验难点:

1.用宝石刀切割光纤的方法和技巧

2.光栅耦合测量中间接耦合方法的调整

3.光纤温度传感器温度延迟的现象及分析

辅助功能介绍

界面的右上角的功能显示框:当在普通做实验状态下，显示实验实际用时、记录数据按钮、结束实验按钮、注意事项按钮；在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束考试按钮、显示试卷按钮（考试状态下显示）、注意事项按钮。

右上角工具箱:各种使用工具，如计算器等。

右上角help和关闭按钮：help可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关闭实验。

实验仪器栏:存放实验所需的仪器，可以点击其中的仪器拖放至桌面，鼠标触及到仪器，实验仪器栏会显示仪器的相关信息；仪器使用完后，则不允许拖动仪器栏中的仪器了。

提示信息栏:显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。

实验状态辅助栏:显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出)，当前实验内容显示为红色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。

实验操作方法

（1）主窗口介绍

成功进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图组所示：

光纤传感器实验主场景图

（2）用剥线钳依次剥离光纤外表面的包裹层，获得裸露的光纤。

①在主场景中，鼠标点击剥线钳，双击打开剥线钳大视图。鼠标点击大视图中的绿色双向箭头，可左右移动剥线钳的位置，改变需要剥离的光纤的长度。被剥离的光纤长度，要大于背景图上的光纤夹的长度。

②确定被剥离的光纤长度后，对于光纤表面黄色的包裹层，选择剥线钳的大刀口进行剥离，点击“确认剥线”按钮，开始剥线。

③光纤的黄色包裹层被剥离后，露出蓝色的包裹层，选择剥线钳的中刀口，进行光纤表面的蓝色包裹层的剥离。

④光纤的蓝色包裹层被剥离后，露出淡绿色的涂敷层，选择剥线钳的小刀口，剥离光纤表面的涂敷层，露出光纤灰色的包层及纤芯。

（3）将已经剥离好的光纤放入光纤切割锯里，切割光纤，获得完美的光纤端面。

固定光纤，合上切割具的上盖，向里推动光纤切割刀，切割光纤，获得完美的光纤端面。

（4）将已经切割好的光纤放入光纤夹中，用光纤夹固定光纤。

点击“放置光纤”按钮，将已经切割好的光纤放入光纤夹中，鼠标点击铜片，将其拖入光纤夹中，鼠标再点击光纤夹螺钉，旋紧螺钉，完成对光纤的固定。

（5）将固定好光纤的光纤夹放入五维调整架中。

主场景中鼠标点击拖动已固定光纤的光纤夹，将其拖至五维调整架处，并放入五维调整架上。

（6）打开激光器

主场景中，双击打开激光器大视图，在大视图中鼠标点击激光器电源开关，打开激光器。

（7）打开功率计

在主场景中，双击打开功率计大视图，点击绿色的电源按钮，打开功率计。按下“λ”键选择光波长为650nm；按“W/dBm”键选择uW为测量单位；

（8）用功率计测量激光器的输出功率。

主场景中鼠标拖动功率计至激光器的出光口处，双击打开此时的功率计大视图，观察此时激光器的输出功率。

(9)打开实验数据表格，记录激光器的输出功率。

鼠标点击“记录数据”按钮，弹出实验数据表格窗口，在表格中记录激光器的输出功率。

（10）用功率计测量光纤传输光线“直接耦合”的输出功率。

①在主场景中，鼠标拖动光纤的耦合头，拖至功率计的耦合头上，使光纤与功率计耦合。

②在主场景中，双击打开功率计大视图，双击打开五维调整架大视图，调节五维调整架上的各个旋钮，观察功率计上的光功率示数变化，记录下最大的光强示数。

（11）将透镜放入五维调整架中，测量光纤传输光线“间接耦合”的输出功率

主场景中，鼠标拖动透镜，将透镜放置在五维调整加上，打开功率计大视图，打开五维调整架大视图，调节五维调整架上的各个旋钮，观察功率计上的光功率示数变化，记录下最大的光强示数。

（12）根据实验数据表格记录的数据，计算激光与光纤的耦合效率。

打开实验数据表格，根据记录的数据，分别计算激光与光纤的直接耦合效率和间接耦合效率。

（13）开始实验内容二：光纤温度传感实验

在主场景中，鼠标点击实验内容栏中的“光纤温度传感实验”，进入光纤温度传感实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图组所示：

（14）打开激光器与显示器

在主场景中，鼠标双击打开激光器大视图，点击激光器电源开关，打开激光器。鼠标双击打开显示器大视图，点击显示器电源开关，打开显示器，在显示器上可观察到干涉条纹。

（15）调整光路，使得显示器上可观察到清晰地条纹

在主场景中，双击打开分光装置大视图、聚光装置大视图、及显示器大视图。在分光装置大视图、聚光装置大视图中，鼠标点击各个支架的千分尺旋钮，调节光路，直到在显示器大视图中，可观察到清晰地干涉条纹。

（16）加热光纤，观察干涉条纹移动数目与温度变化的关系。记录升温时干涉条纹移动数目与温度变化的数据。

①在主场景中双击打开数显调节仪的大视图，在数显调节仪的大视图中可看到该实验中被加热的光纤的长度。点击开关按钮，打开数显调节仪。点击“设定/测量”按钮，“OFF”处的绿灯亮起，点击“设定旋钮”旋钮，设定加热最高温度。

②设定好加热的最高温度后，再次点击“设定/测量”按钮，“ON”处的绿灯亮起，显示屏上显示仪器的当前温度。点击“加热开关”按钮，仪器开始加热，鼠标点击“温度调钮”旋钮，可改变仪器的加热速率。

③打开显示器，观察显示器上干涉条纹数目移动的情况。记录升温时干涉条纹移动的数目，及对应的温度示数。

（17）停止加热，记录降温时干涉条纹移动数目与温度变化的数据。

完成升温时的数据记录后，鼠标点击数显调节仪的“加热开关”按钮，停止对光纤的加热，此时仪器开始自然降温。观察显示器上干涉条纹数目移动的情况。记录降温时干涉条纹移动的数目，及对应的温度示数。

（18）数据处理

实验结束后，打开实验数据表格，根据记录的实验数据及公式 ，计算升温过程中的光纤灵敏度及降温过程中的光纤灵敏度。