马赫曾德干涉仪实验讲义
光的相干与马赫曾德尔干涉
光的相干与马赫曾德尔干涉光的相干与马赫曾德尔干涉是光学领域中重要的概念与现象。
本文将介绍光的相干性与马赫曾德尔干涉的基本概念、原理及相关实验。
一、光的相干性光的相干性是指两束或多束光波之间存在稳定的、可观测的干涉现象。
相干性可分为时域相干和空域相干两种类型。
1. 时域相干时域相干性描述了光波在时间上的延迟关系。
当两束或多束光波的波长、振幅和相位相似，并且它们之间的时间延迟小于相干时间，就会出现干涉现象。
相干时间是指两束光波之间的时延超过该时间后，光波将失去干涉能力。
2. 空域相干空域相干性描述了光波在空间上的自相关性。
当两束或多束光波的传播方向相近，并且存在一定的相干面积，就会出现干涉现象。
相干面积是指两束光波之间的角度超过该面积后，光波将失去干涉能力。
二、马赫曾德尔干涉马赫曾德尔干涉是一种常见的干涉实验方法，用于测量薄膜的厚度、折射率以及其他光学参数。
该实验基于光的干涉原理，通过将光波分成两束，再将它们重新合并，观察干涉条纹的变化来研究光的相干性。
马赫曾德尔干涉可分为反射型和透射型两种方式。
其中，反射型马赫曾德尔干涉使用镜面反射产生干涉，适用于表面反射率较高的材料。
而透射型马赫曾德尔干涉则使用透明材料中光的折射和反射产生干涉，适用于透明材料的厚度和折射率测量。
三、马赫曾德尔干涉的实验应用1. 测量薄膜的厚度马赫曾德尔干涉可用于测量薄膜的厚度。
当光波通过薄膜时，由于不同厚度的薄膜对相干光的干涉产生不同的干涉条纹，通过观察和分析干涉条纹的变化，可以确定薄膜的厚度。
2. 测量折射率马赫曾德尔干涉还可以用于测量材料的折射率。
通过改变光源的波长或改变测量介质的厚度，并观察干涉条纹的变化，可以求解出材料的折射率。
3. 制造光栅利用马赫曾德尔干涉的原理，可以制造具有特定光学性质的光栅结构。
通过控制光源的波长、入射角度和光栅的间距，可以得到满足特定需求的光栅。
结论光的相干性与马赫曾德尔干涉是光学领域中重要的概念和现象。
马赫曾德干涉仪实验讲义
马赫曾德干涉仪马赫——曾德干涉仪。
马赫——曾德干涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种重要的光学和光子学器件，广泛应用于干涉计量、光通信等领域；它用分振幅法产生双光束以实现干涉，被广泛用作传感器和光调制器。
一、实验目的1．掌握马赫曾德干涉仪的原理和结构；2. 组装并调节马赫曾德干涉仪，观察干涉条纹。
3. 学会调节两束相干光的干涉；二、实验原理与仪器He-Ne 激光器、平面反射镜1和平面反射镜2 、分束器、合束器、扩束滤波准直系统、可变光阑、光强衰减片、白屏。
图1 实验装置及光路图图1为马赫曾德的实验装置图，：由He-Ne激光器发出的激光由扩束镜（显微物镜）、针孔滤波和透镜准直后形成宽口径平面波，经可变光阑后，光斑直径变为1厘米后，再经分束器形成两路：透射光和反射光。
透射光被反射镜2反射后垂直入射到原始物平面Po上的物体上，经衍射后的物光经过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录面P H上。
经过分束器后的反射光作为参考光被反射镜1和合束器反射到P H面上与物光干涉产生干涉条纹，被CCD 记录下来传输到计算机中。
三、实验内容和步骤1 光学器件的共轴调节调节激光器水平，调整各器件的高度的俯仰，使其共轴。
在调节透镜时要注意反射光点重合。
2 平行光调节利用调平的激光器，通过调节扩束准直系统，得到平行光。
加入可变光阑，使平行光中心通过光阑的中心。
通过针孔滤波和透镜准直获得宽口径平面波后搭建MZ干涉仪，保证两束光在合束器后完全重合并产生平行直条纹的干涉图样。
3.首先在激光束的传播方法放置分束器，将He-Ne激光器的主光束平分得到两个分光束。
调整分束器角度，得到两条严格垂直的分光束。
在光路1中放置反射镜1，将分光束1的传播方向改变，该反射镜与分光器位于同一列螺纹孔。
反复调节反射镜的位置和反射角度，得到严格平行并且等高的两束光线。
在光路2中放置反射镜2，如果调节的方法正确，主分光束的反射光和另外一条分光束可以刚好在空间相交，该交点基本可以刚好满足严格的等过程。
马赫曾德干涉仪实验讲义
马赫曾德搞涉仪之阳早格格创做马赫——曾德搞涉仪.马赫——曾德搞涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种要害的光教战光子教器件，广大应用于搞涉计量、光通疑等范围；它用分振幅法爆收单光束以真止搞涉，被广大用做传感器战光调造器.一、真验手段1．掌握马赫曾德搞涉仪的本理战结构；2. 组拆并安排马赫曾德搞涉仪，瞅察搞涉条纹.3. 教会安排二束相搞光的搞涉；二、真验本理取仪器He-Ne 激光器、仄里反射镜1战仄里反射镜2、分束器、合束器、扩束滤波准曲系统、可变光阑、光强衰减片、黑屏.图1 真验拆置及光路图图1为马赫曾德的真验拆置图，：由He-Ne激光器收出的激光由扩束镜（隐微物镜）、针孔滤波战透镜准曲后产死宽心径仄里波，经可变光阑后，光斑曲径形成1厘米后，再经分束器产死二路：透射光战反射光.透射光被反射镜2反射后笔曲进射到本初物仄里Po上的物体上，经衍射后的物光通过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录里P H上.通太过束器后的反射光动做参照光被反射镜1战合束器反射到P H里上取物光搞涉爆收搞涉条纹，被CCD记录下去传输到估计机中.三、真验真质战步调1 光教器件的共轴安排安排激光器火仄，安排各器件的下度的俯俯，使其共轴.正在安排透镜时要注意反射光面沉合.2 仄止光安排利用调仄的激光器，通过安排扩束准曲系统，得到仄止光.加进可变光阑，使仄止光核心通过光阑的核心.通过针孔滤波战透镜准曲赢得宽心径仄里波后拆修MZ搞涉仪，包管二束光正在合束器后真足沉合并爆收仄止曲条纹的搞涉图样.3.最先正在激光束的传播要收搁置分束器，将He-Ne激光器的主光束仄分得到二个分光束.安排分束器角度，得到二条庄重笔曲的分光束.正在光路1中搁置反射镜1，将分光束1的传播目标改变，该反射镜取分光器位于共一列螺纹孔.反复安排反射镜的位子战反射角度，得到庄重仄止而且等下的二束光芒.正在光路2中搁置反射镜2，如果安排的要收精确，主分光束的反射光战其余一条分光束不妨刚刚佳正在空间相接，该接面基础不妨刚刚佳谦脚庄重的等历程.4.大概安排佳分束镜战反射镜的光路，使二路光正在合束器上汇合，并出射正在黑屏上（决定光斑是可降正在各镜里核心，可用揩镜纸沉沉挡正在镜里前瞅察光斑的位子）.5.牢固一路激光，丈量记录光路的少度.安排另一路光路，使那路光的少度取刚刚刚刚记下的光路普遍，牢固光路.6.将黑屏移近（起码2m），瞅察黑屏上的二个激光斑，若没有沉合，安排分束镜的统造钮，使二个光斑完好沉合.7.把黑屏移回符合瞅察的位子，细调分束镜的统造钮并瞅察黑屏上的激光搞涉局里，曲到局里最明隐为止，得到浑晰的横曲搞涉条纹.五、思索题1.如果分束器后二路光光强分歧，该当使用什么元件革新？2.马赫曾德搞涉仪战迈克我逊搞涉仪的辨别是什么？各有什么特性？。
光纤马赫-曾德干涉
马赫-曾德光纤干涉实验光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。
光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。
一、实验目的1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉原理2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。
二、实验器材OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器 三、实验原理1．光纤传感器基本工作原理光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉仪结构与原理如图 1所示。
光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。
经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为)(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2）在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。
2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。
当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。
干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。
光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。
长度为 L 的光纤中传播光波的相位ΦnL k 00+Φ=Φ （3）其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。
图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图λπ=λπδ=∆ΦSP22λπ+=SP K I I I 2cos 00设光纤1L 温度不变，光纤2L 温度该变T ∆,则折射率n 的改变量为n ∆ ，光纤2L 长度改变量为2L ∆。
试验报告马赫曾德干涉仪
实验报告马赫曾德干涉仪实验报告马赫-曾德干涉仪2011-03-17 11:20 P.M. 班级08级物理系*班组别_1_姓名_Ayjsten_ 学号1080600*日期_ 2010.03.02 指导教师_ _【实验题目】马赫- 曾德干涉仪马赫- 曾德干涉、针孔滤波器、相干长度。
【实验目的】1.熟悉所用仪器及光路的调节，观察两束平行光的干涉现象。
2.观察全息台的稳定度。
3.通过实验考察激光的相干长度。
【实验原理】针孔滤波器激光从发出，经过各种透镜的反射折射，会产生很多杂散光，如光学元件表面本身不够平整，表面落有灰尘等，而激光的干涉性又好，元件表面的问题导致激光产生大量散射光。
针孔滤波器原理图见图?，如图所示，聚光镜汇聚光的同时还产生很多散射光，而这些散射光的光线与没有受到干扰的光束的方向不同，只有没有受到干扰的光束才能通过针孔，从而过滤掉了其他的干扰光。
针孔的直径很小，一般约，从针孔后面看，就可以把它当做一个能产生球面波接近理想的光源。
这对于光学研究有重要的意义。
全息工作台基本要求是工作台的稳定性要好。
振动的一般来源是地基的震动，所以必须对全息台进行减震处理。
专用全气浮工作台是最好的减震台。
简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫和重的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。
记录全息图时，室内不要通风，工作人员不要大声讲话并与工作台保持较远的距离。
如全息记录时，物光和参考光交角为B,干板中央处的干涉条纹间距为d=X /sin 9 （入为激光波长）。
如果干板以大于d/2的振幅上下震动，则明暗部分将混乱。
所以在记录全息的过程中，工作台的稳定性必须考虑。
马赫- 曾德干涉马赫- 曾德干涉是用分振幅法产生双光束以实现干涉的干涉仪。
具体光路图见下图?所示。
马赫-曾德干涉中，在分束镜2处汇聚的两路激光一般是存在一个夹角的，调整分束镜2 使夹角减小，则白屏上观察到的干涉就更明显。
由分束镜分开后的两路光路长度，要求是等长的。
马赫-曾德尔干涉仪原理
马赫-曾德尔干涉仪原理是利用两束光线在一个媒质中相互干涉的现象来验证物质中极微小的波动和振动。
在正常情况下，光会在一个波导中从一端传到另一端。
然而，当两条波导靠得很近时，光会从一条波导“红杏出墙”“节外生枝”，两根波导中的光信号互相一部分跑到对方里面。
设计者有意地让两条波导多次发生这种相互干扰，构造了很多个称为马赫·曾德尔干涉仪的基本单元，并且连接到一起组成一个网络。
原本最左面每条波导输入端口光的亮度表示了各个输入数据值的大小，经过这种很多次光的干涉之后，各条波导内的光可能变得更亮，也可能变得更暗，经过对所有干涉仪单元都进行适当的设置，测量下整个网络最右面各个输出端口光亮度，可以获得想要的计算结果，比如输入的是某一个向量各个元素值大小，获得的是一个新向量，表示输入向量与某一个矩阵相乘后的输出结果。
这个原理是物理学和光学的基础理论，深刻影响了物理学的发展，也为各种科学技术的发展奠定了基础。
实验三：集成波导马赫-曾德尔干涉仪
实验三：集成波导马赫-曾德尔干涉仪一、实验目的：1．掌握MZI 的干涉原理2．掌握MZI 干涉仪的基本结构和仿真方法 二、实验原理：MZI 干涉原理基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。
MZI 主要由前后两个3dB 定向耦合器和一个可变移相器组成。
最终使不同的两个波长分别沿两个不同的端口输出。
其结构示意图如下所示：图1 MZI 干涉原理简图马赫－曾德干涉结构可用做光调制器，也可用做光滤波器。
1、马赫－曾德干涉仪的分光原理：设两耦合器的相位因子分别为12,ϕϕ,当干涉仪一输入端注入强度为0I (以电场强度表示为0E )光波时，可以推出两个输出端的光场强度12,I I (以电场强度分别表示为12,E E )分别为：2222110121222222201212cos ()sin(2)sin(2)sin (/2)sin ()sin(2)sin(2)cos (/2)I E E L I E E L ϕϕϕϕβϕϕϕϕβ⎡⎤==++⎣⎦⎡⎤==-+⎣⎦式中，β为传输常数；12∆=-L L L 为干涉仪两臂的长度差，它在干涉仪两臂之间引入的相位差：2/2/∆=∆=L n L C F βπυπυ。
（υ为光的频率；n 为光纤纤心的折射率：C 为真空中的光速；/=∆F C n L 为马赫一曾德干涉仪的自由程。
当构成干涉仪的两耦合器均为标准的3 dB 耦合器(即分光比为1：1)时，两耦合器的相位因子为045，可以得到干涉仪输出端的强度传输系数分别如下：[][]2111200222220011cos(2/)211cos(2/)2===-===+E I T F I E E I T F I E πυπυ 图2给出了强度传输系数随输入光频率的变化曲线：图2 马赫－曾德干涉仪强度传输系数随频率变化曲线从图2可以看出，两个输出端的强度传输系数正好是反相的，也就是说，当在干涉仪的一个输入端注入单一频率的光波时，调节干涉仪使一个输出端输出光强度达到最大时，则另一输出端输出光强度将达到最小。
光纤马赫-曾德干涉实验
马赫-曾德光纤干涉实验光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。
光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。
一、实验目的1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉原理2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。
二、实验器材OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器 三、实验原理1．光纤传感器基本工作原理光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉仪结构与原理如图 1所示。
光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。
经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为)(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2）在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。
2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。
当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。
干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。
光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。
长度为 L 的光纤中传播光波的相位ΦnL k 00+Φ=Φ （3）其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。
图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图λπ=λπδ=∆ΦSP22λπ+=SP K I I I 2cos 00设光纤1L 温度不变，光纤2L 温度该变T ∆,则折射率n 的改变量为n ∆ ，光纤2L 长度改变量为2L ∆。
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马赫曾德干涉仪
马赫——曾德干涉仪。
马赫——曾德干涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种重要的光学和光子学器件，广泛应用于干涉计量、光通信等领域；它用分振幅法产生双光束以实现干涉，被广泛用作传感器和光调制器。
一、实验目的
1．掌握马赫曾德干涉仪的原理和结构；
2. 组装并调节马赫曾德干涉仪，观察干涉条纹。
3. 学会调节两束相干光的干涉；
二、实验原理与仪器
He-Ne 激光器、平面反射镜1和平面反射镜2 、分束器、合束器、扩束滤波准直系统、可变光阑、光强衰减片、白屏。
图1 实验装置及光路图
图1为马赫曾德的实验装置图，：由He-Ne激光器发出的激光由扩束镜（显微物镜）、针孔滤波和透镜准直后形成宽口径平面波，经可变光阑后，光斑直径变为1厘米后，再经分束器形成两路：透射光和反射光。
透射光被反射镜2反射后垂直入射到原始物平面Po上的物体上，经衍射后的物光经过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录面P H上。
经过分束器后的反射光作为参考光被反射镜1和合束器反射到P H面上与物光干涉产生干涉条纹，被CCD记录下来传输到计算机中。
三、实验内容和步骤
1 光学器件的共轴调节
调节激光器水平，调整各器件的高度的俯仰，使其共轴。
在调节透镜时要注意反射光点
重合。
2 平行光调节
利用调平的激光器，通过调节扩束准直系统，得到平行光。
加入可变光阑，使平行光中心通过光阑的中心。
通过针孔滤波和透镜准直获得宽口径平面波后搭建MZ干涉仪，保证两束光在合束器后完全重合并产生平行直条纹的干涉图样。
3.首先在激光束的传播方法放置分束器，将He-Ne激光器的主光束平分得到两个分光束。
调整分束器角度，得到两条严格垂直的分光束。
在光路1中放置反射镜1，将分光束1的传播方向改变，该反射镜与分光器位于同一列螺纹孔。
反复调节反射镜的位置和反射角度，得到严格平行并且等高的两束光线。
在光路2中放置反射镜2，如果调节的方法正确，主分光束的反射光和另外一条分光束可以刚好在空间相交，该交点基本可以刚好满足严格的等过程。
4.大致调整好分束镜和反射镜的光路，使两路光在合束器上汇合，并出射在白屏上（确定光斑是否落在各镜面中心，可用擦镜纸轻轻挡在镜面前观察光斑的位置）。
5.固定一路激光，测量记录光路的长度。
调整另一路光路，使这路光的长度与刚刚记下的光路一致，固定光路。
6.将白屏移远（至少2m），观察白屏上的两个激光斑，若不重合，调节分束镜的控制钮，使两个光斑完美重合。
7.把白屏移回适合观察的位置，细调分束镜的控制钮并观察白屏上的激光干涉现象，直到现象最明显为止，得到清晰的竖直干涉条纹。
五、思考题
1.如果分束器后两路光光强不同，应该使用什么元件改善？
2.马赫曾德干涉仪和迈克尔逊干涉仪的区别是什么？各有什么特点？。