全光纤马赫-曾德尔干涉仪输出特性研究
马赫_曾德尔光纤干涉仪的研制及应用
马赫-曾德尔光纤干涉仪的研制及应用张洪喜(中国电子科技集团公司第41研究所,山东青岛266555) 摘 要:介绍了作者在测量单纵模激光器线宽参数的过程中,研制的马赫-曾德尔光纤干涉仪,并给出了实验结果。
关键词:单纵模激光器;线宽;光纤干涉仪;偏振中图分类号:T H744.3 文献标识码:B 文章编号:1002-6061(2006)01-0029-02The Development and Application of Fiber -optic Mach -Zehnder InterferometerZHANG Hong -x i(T he 41st Institute of CE TC,Qingdao 266555,Chin a)Abstract :T his paper int roduces t he development of f iber-optic M ach-Zehnder int er ferom et er dur ing measuring linewidth paramet er of sing le -frequency l asers ,and t he exper im ent r esult has been g iv en .Key words :sing le-frequency l asers;l inewidt h;f iber -o pt ic int erferom et er;polarizat ion收稿日期:2005-05-13;收修改稿日期:2005-06-23作者简介:张洪喜(1973-),男,工程师,在职工程硕士研究生,主要从事光电子计量及课题研究等方面的工作。
0 引言马赫-曾德尔光纤干涉仪用于单纵模激光器线宽参数的测量。
通过使用自零差技术,光纤干涉仪将光相位偏移或光频率偏移转换成强度变化,这种变化经过光波信号分析仪接收、处理,即可得出被测单纵模激光器的线宽值。
双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性
Temperature characteristic of in fiber Mach Zehnder interferometer using twin core fiber
F AN Lin y ong , JIANG Wei w ei, ZH AO Rui f eng, PEI Li, JIAN Shui sheng ( K ey L aborator y of A l l Op ti cal N etw or k & A dvanced T el ecommunicati on N etw or k of the Mi ni str y of Educati on , I nsti tute of L ig ht w ave T echnol ogy , Bei j i ng J iaot ong Univ er sity , Beij ing 100044, Chi na)
近来, 有 许多内嵌式光纤马 赫 曾德尔干涉 仪 ( M ach Znhnder Int erf eromet er , M ZI) 用 于光 纤温度传感的报导[ 7 12] 。这种类型的光纤温度传 感器主要基于两个或多个传导模式的干涉原理, 在其结构中一般都有起到分束和合束作用的组成 部分。这些分束与合束的组成部分可以是多模光 纤( M ult i Mo de F iber, M MF ) [ 7 8] 、 光子晶体光纤 ( Phot onic Cryst al F iber, PCF )
( 北京交通大学 光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室 , 北京 100044)
摘要 : 对适用于温度传感的双芯光纤马赫 曾 德尔干涉仪进行了研 究 , 并 通过将 一根单 模双芯 光纤熔接 在两根 单模光 纤 之间 , 制得了双芯光纤马赫 曾德尔干涉仪 型梳状 滤波 器。用干 涉原理 分别 分析了 该器 件传 输谱的 自由 空间谱 宽与 波 长、 双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率 差的关系 , 实验检测了它的温度特性。结果显示 , 随着温度的升 高 , 该器 件 的传输谱发生红移。在相同温差下 , 不同 波长处 的波长漂 移值不 同 , 短 波长处 波长漂 移较 小 , 长波长 处波 长漂移 较大。 在固定波长处 , 该器件的传输谱的波长漂移实 验数据与温度变化具 有较好的二 次曲线关 系。该器件的 温度灵 敏度和 波 长有关 , 不同波长处灵敏度不同 ; 固定波长处 , 灵敏度与 温度成正比。另外 , 通过对单模光纤与双芯光纤熔 接处的拉锥 处 理 , 可以有效降低所制器件的插入损耗。实验制得了插 入损耗约为 7 dB 的梳 状滤波 器 , 其 体积小、 制作 容易、 与光纤 系 统具有良好的匹配性 , 可应用于光纤温度传感 。 关 键 词 : 温度传感 ; 光纤传感 ; 马赫 曾德尔干涉仪 ; 双芯光纤 ; 梳状滤波器 文献标识码 : A doi: 10. 3788/ O PE. 20111901. 0001 中图分类号 : T N253
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_曾德尔干涉仪的应用研究_陈勇
［7］ FENG S，XU O，LU S，et al． Switchable multi-wavelength erbiumdoped fiber lasers based on a Mach-Zehnder interferometer using a twin-core fiber［J］． Chin Phys Lett， 2009，26( 6) : 064-208．
法分析可得输出端的光强为
I1
=
I0 2
（
1
+ αcosφ（ t） ）
（ 1）
收稿日期： 2012-11-01
I2
=
I0 2
（
1
－
αcosφ（
t）
）
（ 2）
图 1 M-Z 干涉仪的结构
2 M-Z 应用于传感解调
解调系统是整个传感系统的核心，解调是指通
过检测信号波长的偏移量来检测被测参数的变化，
图 2 为 M-Z 干涉仪用于传感解调的系统图。
后，在输出 的 探 测 器 上 可 观 察 到 干 涉 条 纹 的 移 动，
从这个移动中就能获得待测环境中物理量的变化。
图 3 为全光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度传感图。
恒温箱作用于传感臂 L1，改变干涉仪中干涉光
的相位，引 起 输 出 光 强 的 变 化，反 映 到 干 涉 谱 上 就
是波长的漂移，通过测量波长的漂移进而得到温度
［2］ JIA Zhenan，LI Li，QIAO Xueguang，et al． Study on ASE gain flattening filter based on all-fiber M-Z interferometer［J］． Journal of Optoelectro-nics·Laser，2010，21 ( 1) : 1-4．
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。
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究光纤马赫-曾德尔干涉仪(Optical Mach-Zehnder interferometer,OMZI)是一种广泛应用于光学测量领域的精密仪器。
它通过比较两个光源的光程差来实现光的相位差测量。
传统的OMZI结构在实际应用中存在一些问题，如灵敏度较低、响应时间较长等。
因此，本文将从理论和实验两方面对光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构进行优化，并探讨其在光学测量领域的应用前景。
我们从理论层面对光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构进行优化。
传统的OMZI结构主要包括一个分束器、一个反射镜和一个合并器。
分束器用于将入射光分成两束光线，分别经过反射镜和合并器后再汇合。
这种结构在实际应用中存在一些问题。
例如，分束器的光损耗较大，导致系统灵敏度降低；反射镜的反射率较低，影响了光程差的测量精度；合并器的光路较短，使得光程差较小，不利于相位差的测量。
为了解决这些问题，我们提出了一种新型的光纤马赫-曾德尔干涉仪结构。
该结构主要包括一个微型棱镜分束器、一个高精度反射镜和一个长光程合并器。
微型棱镜分束器采用高折射率材料制成，具有较小的光损耗和较高的光束质量。
高精度反射镜则采用了多层膜镀膜技术，提高了反射率和抗反射能力。
长光程合并器则采用了柔性光纤材料，使得光路更长，有利于光程差的测量。
我们还从理论上分析了新型光纤马赫-曾德尔干涉仪结构的性能。
通过模拟实验结果表明，相比于传统结构，新型结构具有更高的灵敏度、更好的测量精度和更快的响应时间。
这些性能提升使得新型光纤马赫-曾德尔干涉仪在光学测量领域具有更广泛的应用前景。
接下来，我们将通过实验验证新型光纤马赫-曾德尔干涉仪结构的优越性。
实验中，我们使用了一台商用光纤马赫-曾德尔干涉仪作为基础设备，并在其基础上引入了新型结构。
通过对不同波长的光源进行测试，我们发现新型结构的灵敏度和测量精度均优于传统结构。
由于长光程合并器的引入，新型结构的响应时间也得到了显著改善。
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究
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基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究
基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究徐元哲;孙瑞丽;潘文明【摘要】为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法.将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2010(038)013【总页数】4页(P71-73,78)【关键词】光纤电流互感器;马赫-曾德干涉仪;磁致伸缩材料;偏置磁场;温度补偿【作者】徐元哲;孙瑞丽;潘文明【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林,吉林,132012;东北电力大学电气工程学院,吉林,吉林,132012;宿州供电公司,安徽,宿州,234000【正文语种】中文【中图分类】TM450 引言在发电、输电、变电等电力系统中，为了提高设备的运行安全可靠性及效率，必须对电流、电压、功率等电气参数进行测量。
“准确测量任何时刻的电流瞬时值”是电流互感器（CT）的理想测量品质。
广泛使用的铁磁线圈CT尽管稳态测量准确度能满足0.2级的要求，但短路故障时存在磁路饱和现象，动态测量能力差，是保护装置误动和拒动的主要原因[1]。
电压等级越高，铁磁线圈CT的绝缘结构越复杂、绝缘费用越高，并且由于高压，大电流存在的强电磁场干扰导致传统的CT测量准确度下降。
为克服这些缺点，人们正在研究用光纤传感器取代传统的传感器。
目前，光纤电流互感器特以其高绝缘性、抗高电磁噪声、高线性度响应，结构简单等诸多优点，在高电压强电流的测量及保护领域中得到广泛的重视和研究。
本文介绍了基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流传感器，并通过设计双臂的完全对称结构，对温度进行了一定的补偿，在一定程度上降低了温度的影响。
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南京邮电大学硕士研究生学位论文
摘要
摘要
光滤波器是光通信和光电子领域不可或缺的重要元器件，在波长锁定、波分复用/解复用、 波长路由、色散补偿、增益平坦等技术中都有广泛应用。随着波分复用（WDM）系统中信道 数的不断增加和信道间隔的不断减小，对滤波技术的要求也越来越高，因而研究新型高性能 光滤波器成为学科前沿课题之一。在众多滤波器中马赫-曾德尔干涉仪型滤波器由于结构简单、 可多级串联、以及具有梳状和带通滤波特性等优点，因而在 WDM 系统中备受关注。
Ⅱ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
Key words: Guided wave optics, WDM/DWDM, Filter, Mach-Zehnder Interferometers, Cascaded,
Optical add/drop multiplexer (OADM)
Ⅲ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
研究结果表明，基于马赫-曾德尔干涉仪的光元器件以及级联马赫曾德尔干涉仪在 WDM 系统等领域将会有巨大的应用前景。
关键词：导波光学，波分复用，滤波器，马赫-曾德尔干涉仪，级联，光分插复用器（OADM）
Ⅰ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
Abstract
Optical filter is an indispensable component in optical communication and photoelectron fields. It has been widely used in wavelength locking, wavelength multiplexer/demultiplexer, wavelength routers, dispersion compensators, and gain equalizers etc. With the increasing number of channels and decreasing channel spacing in wavelength division multiplexing (WDM) system, novel optical filters with excellent characteristics have become a leading trend presently. Particularly, the Mach-Zehnder Interferometers (MZIs) have attracted considerable attention in the WDM system, because of their excellent characteristics, such as simple structure, low insertion loss, multi-level series, comb and band-pass filtering etc.
本文首先在传输矩阵理论的基础上，对单个马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行了详细的 推导。通过 Matlab 仿真讨论了干涉仪的耦合系数、臂长差、折射率等参数对干涉仪输出特性 的影响。为了改善干涉仪的消光比，采用了两种方法：一是在一端连上光纤全反镜二次干涉 的方法，构成高消光比的马赫-曾德尔型干涉滤波器，加上全反镜后其消光比改善了 21dB 左 右；二是采用在一端加上光纤光栅的方法，构成了一个单通道开关器件，从而大大改善了其 消光比。 其次，理论上推导了级联马赫-曾德尔干涉仪的输出特性，分析了级联对输出特性 的影响。利用级联，提出了频率间隔在 100GHz 以下滤波器设计的新方法。提出了基于 GA 算法分析级联的新方法，并将新提出的方法与理想滤波器、传输矩阵法所得滤波器进行了仿 真比较，得出的新方法有很大的优越性。最后，设计和分析了基于马赫-曾德尔干涉仪的新型 光分插复用器模型，即在干涉仪臂上加入光栅设计出马赫-曾德尔型 OADM 模型，并对设计 的 OADM 模型进行了改进，利用 Optiwave 软件对设计的 OADM 进行了功能仿真验证 ，证 实了设计的正确性。
1.1 光纤通信网的发展.................................................................................................................1 1.2 波分复用技术.........................................................................................................................3
First, based on the Jones matrix theory, strict theoretical analysis is taken on the output characteristics of MZI. MATLAB simulation is taken to discuss the effect of the coupling ratio, the length of arms, and the index of refraction to the output characteristics of MZI. In order to improve the extinction ratio, a fiber reflector is added to the end of interferometer, and by this way, the MZI can get a high extinction ratio interferometer. After adding the reflector, the extinction ratio of it increases 21dB or so. When changing the fiber reflector for a fiber Bragg grating (FBG) the MZI become to a single channel switch. Secondly, the output of cascaded MZIs is studied and the influence of cascade to the interferometer is also analyzed. A new algorithm which is called GA is proposed to analyze the cascaded MZIs. A new Multi-channel filter is designed the frequency spacing of which is below 100GHz. Compared the new method to the ideal way and transfer matrix analysis method, the GA algorithm is close to the ideal way. Finally, a new OADM model based on MZI is designed and analyzed. In order to design the new OADM FBGs are added to the arms of MZI, the improved OADM is also designed. Whether the design is right or not the function of the new OADM is validated by the software Optiwave. The emulation shows that the design is perfect.
目录
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摘 要.....................................................................................................................................................I Abstract ............................................................................................................................................... II 目 录..................................................................................................................................................IV 第一章 绪论........................................................................................................................................1
研究生签名：_____________ 日期：____________
南京邮电大学学位论文使用授权声明
南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本文电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包 括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹） 办理。
The result of the research of the paper show that the cascaded MZIs and the optical components based on MZIs will be found many potential applications in the fields of WDM system.