最新马赫曾德干涉仪实验讲义
实验十、MZ综合实验
【实验名称】 马赫－曾德光纤干涉仪综合实验马赫－曾德光纤干涉仪基于相干光学中马－曾干涉仪原理实现了相干光路光纤化的一种器件，通称MZ 。
它主要由光纤耦合器、偏振控制器、PZT 相位调制器和光纤组成。
利用MZ 干涉仪原理制成的MZ 光纤调制器是在MZ 干涉仪的基础上，加入第二个耦合器，并采用PZT 将输入的电调制信号转换为光调制信号输出，其在光通信中有重要的应用。
因此，学习MZ 干涉仪的基础知识对于理解和掌握光通信原理和技术是非常必要的。
【实验目的】1．了解光纤马赫－曾德干涉仪的基本原理及时调整方法2．掌握光耦合的基本技能,3．掌握光纤偏振控制器的原理及使用方法,4．掌握压电陶瓷(PZT)进行光纤相位调制的工作原理及使用方法.【实验原理】为深入地掌握MZ 干涉仪的工作原理，我们先从构成MZ 干涉仪的基础元件光纤耦合器出发，运用模耦合理论分析光纤耦合器光场的输入和输出关系，再利用光传输理论扩展到整个MZ 干涉仪。
1. 光纤熔锥耦合器光纤熔锥耦合器是将两段光纤除去涂覆层后缠绕在一起，用光纤拉锥机拉制而成的用于光功率耦合的光纤器件。
通常光纤耦合器为1×2和2×2，图1给出1，2端口端输入，3，4端口输出的2×2耦合器示意图，图中箭头表示光波传输方向。
图1. 2×2光纤熔锥耦合器结构对于光波导而言,绝大部分光都集中在纤芯,但总有很小部分能量散布于包层.当两个光波导相互靠近时,一个波导中传输的光能将耦合到另一个波导之中,从而改变各个光波导的场分布,而这种变化反过来对原光波导发生影响,这就形成了两光波导的横向耦合。
理论上参与耦合作用的光场满足如下光纤耦合器的模耦合方程[][]⎪⎩⎪⎨⎧+=+=)()(d d )()(d d 212211z E z kE i zE z kE z E i z E ββ （1） 其中和分别为存在于耦合器中两个相互作用光场, 为模耦合系数, )(1z E )(2z E k β是光在光纤中传播常数。
马赫曾德干涉仪工作原理
马赫曾德干涉仪工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊马赫曾德干涉仪的工作原理，这玩意儿可神奇啦！你看啊，马赫曾德干涉仪就像是一个超级精密的“光影魔术师”。
它主要是由两个分束器和两个反射镜组成的。
这就好比是一场精彩表演的舞台道具，分束器就是那个能把光线巧妙分开的神奇“魔法棒”，而反射镜呢，就像是忠实的“配角”，配合着完成这场光影大戏。
光线从光源出来，一路欢快地跑着，碰到第一个分束器。
哇塞，这一下就被分成了两束，就像一个人突然变成了两个分身一样。
这两束光呀，各自沿着不同的路径跑，一个通过长长的“通道”，另一个则在另一个“小道”上溜达。
然后呢，它们分别碰到了反射镜，被反射回来。
这时候就有意思啦！这两束被分开又回来的光，再次碰到分束器。
哎呀呀，它们又重新汇聚到一起啦！你说神奇不神奇？这就好像两个许久未见的朋友，在经历了一番不同的旅程后又重逢了。
那这重新汇聚的光会怎么样呢？嘿嘿，这就有讲究了。
如果这两束光在它们各自的旅程中没有遇到什么“干扰”，那它们汇聚后就会形成一些非常漂亮、有规律的明暗条纹。
这就像是给我们呈现了一场绝美的视觉盛宴！但要是在它们的旅程中有什么因素让它们发生了变化，比如光程差改变了，那这明暗条纹可就不一样啦，就像是一场表演突然有了新的剧情转折。
咱说马赫曾德干涉仪这玩意儿，在好多领域都大显身手呢！在光学测量里，它能精确地测量各种物理量，这可不是一般的厉害！就好像它是一个超级侦探，能找出那些隐藏得很深的秘密。
你想想，要是没有马赫曾德干涉仪，我们好多科学研究和技术应用该咋办呀？它就像是一个默默无闻却又无比重要的幕后英雄，为我们的科技进步贡献着力量。
总之呢，马赫曾德干涉仪真的是太牛啦！它用看似简单却又极其精妙的原理，为我们打开了一扇通往神奇光学世界的大门。
让我们能更好地探索光的奥秘，为人类的发展添砖加瓦。
所以呀，可别小瞧了这个小小的干涉仪哦！。
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。
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。
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。
1马赫--1曾德干涉仪及全息光栅的制作
马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作[引言]马赫---曾德干涉仪是在雅满干涉仪的基础上发展起来的。
在雅满干涉仪中，两块玻璃板的前表面起到分光板的作用，而后表面则起到反射镜的作用，分光板和反射镜不能单独进行调节，而且两束光的间隔为玻璃板的厚度所限定。
为克服这些局限性，马赫和曾德使用了四块玻璃板，于是马赫---曾德干涉仪诞生了。
[实验目的]1．熟悉所用仪器及光路调整，观察两束平行光的干涉现象。
2．观察全息台的稳定性。
3．了解全息光栅的原理，学习制作全息光栅。
4．熟悉读数显微镜的操作过程。
[基本原理]在下图的光路中，波长为λ的激光束经扩束准直后，通过两个反射镜和两个半反半透镜组成的马赫---曾德干涉仪可以得到两束光程和强度都接近而且夹角易于调节的平行光束。
在光束的重叠区将产生干涉条纹。
在干涉区将放置感光板经适当曝光、显影、定影，将得到一个正弦光栅。
当两束光的夹角θ不是太大，在垂直于两束光夹角平分线的平面上干涉条纹的间距θλ≈d ，从而光栅的空间频率为λθν==d 1。
图二 马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作原理图干涉面1如果在同一底板上相继进行两次曝光，使分别对应于两束光夹角略有差别的两个数值1θ和2θ，那么得到的将是叠加在一起的两个正弦光栅，他们的空间频率分别为1ν和2ν。
这样的光栅称为复合光栅。
复合光栅上呈现的明暗相间的粗条纹称为摩尔条纹，它是两个正弦光栅的差频形成的，摩尔条纹的空间频率1221νννν∆=-=m 。
当两束平行光束夹角不是太大时，利用焦距f 已知的凸透镜测量这两束平行光束在透镜后焦面汇聚的两个光点距离0x ，可近似求出它们的夹角f x 0=θ，从而在与这两束平行光束夹角平分线垂直的平面上制作的正弦光栅的空间频率为λνf x 0=。
反之若要制作空间频率为ν的正弦光栅，可适当调节两束光的夹角，使0x 满足要求。
[仪器用具]氦氖外腔激光器及电源，空间滤波器，傅里叶变换透镜，分光镜两块，加强铝反射镜两块，干板若干，读数显微镜，暗室设备。
实验-马赫曾德
-、实验十三双光纤Mach-Zehnder干涉传感实验本实验采用双光纤技术，一方面通过双光纤分光路干涉，构成光纤Mach-Zehnder干涉传感测量系统；另一方面，在双光纤的出射端，构成杨氏双孔干涉系统。
通过本实验，可对光纤干涉相位调制的物理过程有一个完整的了解，同时，借助于双光纤杨氏空间干涉系统，可研究干涉条纹的空间分布等相关特性。
此外，借助于光纤双光路的光程调制器，可获得光相位的一些具体调制方法。
一、实验目的1.掌握基于双光纤干涉的基本原理；2.重点了解采用光纤形成光路的马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉系统中，光纤光程变化对条纹移动的影响；3.简要了解基于双光纤干涉的马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉测温以及应变测量等基本知识。
二、实验原理1．光纤杨氏干涉英国物理学家杨（T.Yong），最初所做的干涉实验如图13-1所示。
图13-1 双孔杨氏干涉实验用强光照射针孔S，以它作为点光源发射平面波。
在离S一定距离处放置另外两个小针孔S1和S2，它们从由S发出的球形波阵面上分离出两个很小的部分作为相干光源，由这两个小孔发出的光波在空间相遇的区域内会产生干涉现象。
因为针孔S、S1、S2很小，所以产生的干涉条纹图样很弱，不易观察。
后来采用狭缝代替针孔，得到了同样形状但明亮得多的干涉图样。
然而，有人认为无论是双孔干涉还是双缝干涉产生的干涉图样可能是由于光经过孔或缝的边缘时发生的复杂变化，而不是真正的干涉，后来菲涅耳做了双棱镜干涉实验，使人们确信光存在干涉性。
本实验采用光纤作为产生相干光的光源来实现双孔干涉（如图13-2所示），可以获得非常明亮的、条纹间距很宽的干涉图样。
该干涉条纹用眼睛在毛玻璃上能清晰地观察到。
图13-2 双光纤杨氏干涉实验装置2．光纤Mach-Zehnder干涉仪两光纤所构成的光路受到干扰时，会导致空间干涉条纹的移动。
因此，利用这一特性，可以构成光纤Mach-Zehnder干涉仪。
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？。
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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
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.
2.如果分束器后两路光光强不同，应该使用什么元件改善？
3.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？
4.。