Michelson干涉型光纤传感器原理
迈克尔逊干涉仪的实验原理
迈克尔逊干涉仪的实验原理1. 迈克尔逊干涉仪的基本概念说到迈克尔逊干涉仪，我们得回到19世纪，那个时候的科学家们真是大有作为。
迈克尔逊，这位不普通的科学家，设计了一个实验装置，结果竟然改写了光的世界观。
简单来说，迈克尔逊干涉仪是用来探测光的波动性质的设备，别看它小小的，背后却藏着大大的科学秘密。
就像是你家里那只看似普通的猫，实则每天都在为你捉老鼠，帮你解决无数烦恼一样。
它的核心思想其实也很简单：光波就像海浪一样，可以相互叠加、相互干涉，从而形成干涉条纹。
你可以把它想象成是在水面上扔了两个石子，波纹就会交织成各种各样的图案。
迈克尔逊干涉仪就是通过这种干涉现象，来测量光的波长，甚至可以测量非常微小的变化，比如说地球的旋转速度，这听起来是不是有点不可思议？2. 实验原理与过程迈克尔逊干涉仪的工作原理其实就像是你在厨房做菜的过程。
首先，你得有两部分的原材料。
干涉仪也是一样，它需要一个光源，这个光源通常是一个稳定的光源，比如激光。
然后，这个光源会照射到一个半透明的镜子上，这个镜子就像是你厨房里的切菜板，它的任务是把光分成两束。
接下来，这两束光就会各自走不同的路，这就像是你在煮汤时，两种不同的调料，各自散发出不同的香味。
当这两束光最终汇合在一个屏幕上时，它们就会像你在面包上涂抹的黄油一样，相互叠加，形成干涉条纹。
这些条纹的形成，就是因为光的波动性质，光的波峰和波谷会相互干涉，从而产生亮条纹和暗条纹。
这种条纹的变化，就像你在晒太阳时看到的光影一样，可以告诉我们很多关于光的信息。
就像是你把两种颜色的颜料混在一起，会出现新的颜色一样，光的干涉条纹也是两束光波相互作用的结果。
3. 实际应用和影响迈克尔逊干涉仪不仅仅是一个有趣的实验装置，它的影响可是非常大的。
你知道吗？这个干涉仪在测量光速方面发挥了巨大的作用，甚至帮助科学家们验证了爱因斯坦的相对论。
就像是你在修理汽车时，一颗小小的螺丝钉可能就能决定整个汽车的性能一样，迈克尔逊干涉仪也在科学的发展中扮演了关键角色。
延时线干涉仪原理
延时线干涉仪原理
延时线干涉仪（Michelson Interferometer）是一种用于测量光的相位差和波长的仪器，其原理基于干涉现象。
延时线干涉仪的主要组成部分包括一个光源、一个分束器、两个反射镜和一个合束器。
其工作原理如下：
1. 光源：将单色或波长可调的光从光源发出。
2. 分束器：光经过分束器后被分为两束，一束沿直线路径传播，称为参考光；另一束经过一个可调节的延时线（例如移动反射镜）后再被反射回来，称为待测光。
3. 反射镜：参考光和待测光通过两个反射镜返回到分束器。
4. 合束器：参考光和待测光在分束器处再次合并，形成干涉。
5. 干涉图案：由于光的波动性质，参考光和待测光在合束器处进行干涉，产生干涉图案。
这些干涉图案可见为明暗相间的条纹。
6. 相位差：根据干涉图案上的明暗条纹，可以计算出参考光和待测光之间的相位差。
7. 相位差测量：通过调节延时线的位置，使得在干涉图案中达到相邻亮纹和暗纹对应的位置。
通过测量延时线的移动距离，可以计算出光的相位差和波长。
延时线干涉仪的原理基于光的特性和干涉现象，利用光的波动性进行相位差和波长的测量。
它在科学研究、光学测量和精密
仪器等领域具有重要应用。
光纤Michelson干涉仪
3、测量折射率 在图3中，把信号臂一侧的反射端面固定，信号臂光纤端面与反射端 面距离为l0，待测物体长lx，折射率为nx，待测物体置于信号臂光 纤端面与反射端面之间后，式变形为
待测物体长lx；可以测量出来，在式中待测物体折射率nx改变了干涉 光的光强，由光强的变化测量物体的折射率nx．
4、测量微应变、应力
1中虚线方框所示。当激光器发出的光 经3dB耦合器后分成光强相等的两束光， 分别进入干涉仪的信号臂 和参考臂。 由于构成两个光路的光纤都是单模光纤， 但是长度不同，信号臂与参考臂的长度 差即为传感头长度。为了增强干涉效果， 在信号臂和参考臂光纤末端端面镀有高 反射膜。当光在两臂中传输到末端时会 发生发射，两反射光反向传输，再经 3dB 耦合器后被光电探测器接收，转化 为电信号。由于两反射光具有相同的频 率、偏振方向，相位差恒定，故满足干 涉条件。
8、声波探测
声波探测技术具有：声波衰 减小，能够绕山传播，侦 察隔山目标与丛林中的日 标，非其他探测技术所及； 完全采用被动式工作原理， 不易被敌方电子侦察设备 发现、摧毁，也不易受到 电子干扰信号的影响，隐 蔽性强；对于一些低宅目 标或者地面目标，属于雷 达等电子探测的盲区，更 有独特作用．
利用迈克尔逊干涉仪测量隐失场
6、测量压力 图3中，把压力膜片表面镀上一层反射膜作为信号臂 光纤的反射端面，压力膜片距离信号臂光纤端面l0， 当待测压力P作用在膜片上时，P改变式(21)中l0的 来改变Δφ，同时也改变式(11)中的反射率Rf，进而 改变干涉光的光强，来达到测量目的，这种测量 方法精度高，测量压力的范围大且能实现非接触 式测量。 7、检测超声波 一种基于Michelson干涉仪原理构成的非接触式光纤 超声传感系统，用来检测超声波．该传感系统可 以通过固体的表面来探测固体结构中伴随着微裂 纹发生及各种原因造成的振动而产生的声发射．
光纤Michelson白光干涉传感研究
西安石油大学本科毕业论文题目:光纤Michelson白光干涉传感研究学院：理学院专业：光信息科学与技术班级：光学1001班姓名：宁元波学号：201001040115指导教师：傅海威摘要：光纤传感器以抗电磁干扰能力强、耐高温、耐高压、抗化学腐蚀能力强、轻巧、灵敏度高、损耗低及易于实现分布传感等优势得到了广泛应用，传统光学干涉原理研制出的相位调制型光纤传感器，其突出的优点是灵敏度高，但却只能进行相对测量，即只能用作变化量的测量，而不能用于状态量的测量。
而白光型迈克尔逊干涉仪克服了这一缺点，通过参考臂对信号臂的补偿作用，即可探测由待测物理量引起的光程的变化，从而得知待测量。
本文对光纤白光干涉传感技术的研究现状和背景进行介绍，由于白光干涉技术因其具有的优点在越来越多的行业里得到了广泛的应用，所以白光干涉技术在以后很长时间会处于高速发展阶段。
基于此，文章介绍了光纤白光干涉传感技术，尤其是光纤Michelson白光干涉传感器的原理，及它的各种优点。
在此基础上，设计了几种不同光纤的迈克尔逊白光干涉传感器，本文中所用结构是迈克耳逊干涉仪的传感臂为单模光纤末端熔接一段5mm的多模光纤，而补偿臂为光纤微腔（单模光纤与多模光纤构成的），用该结构测量其折射率并对其进行试验研究。
实验结果表明：液体折射率在1.333-1.402变化范围内，传感器灵敏度为100nm/RIU；温度在20-110℃变化范围内，传感器灵敏度为25pm/℃。
关键字：Michelson白光干涉；白光干涉；折射率；光纤；温度目录第1章绪论-----------------------------------------------------1.1课题背景与意义------------------------------------------------1.2国内外现状-----------------------------------------------------------------1.3光纤白光干涉传感技术----------------------------------------------1.4论文主要内容------------------------------------------------第2章光纤Michelson白光干涉原理------------------------2.1光的干涉条件---------------------------------------------------2.2光纤传感原理及分类应用----------------------------2.3传统迈克耳逊干涉---------------------------------------------------------2.4光纤Michelson白光干涉----------------------------------------------------2.5光纤白光干涉型传感器的优点---------------------------------------第3章传感器的制作----------------------------------------------3.1光纤种类--------------------------------------------------------------3.2单模光纤的传输原理------------3.3光纤耦合器-----------------------------------------------------------3.4光纤的切割与熔接---------------------3.5本实验设计的传感器第4章实验过程与结果----------------------------------------------4.1折射率响应实验------------------------------------------------------------------4.1.1 实验过程---------------------------------4.1.2 实验结果-------------------------------------------------------------------4.2 温度响应实验----------------------------------------------------------------4.2.1实验过程-----------------------------------------------------------4.2.2 实验结果-------------------------------------------------------------第5章总结与展望------------------------------------------------------参考文献第一章绪论1.1 课题背景与意义19世界初，Young用干涉实验证明了光具有波动性，这就是著名的杨氏干涉实验。
迈克尔逊干涉仪的工作原理
光电计数器
记录仪
显微镜
1)激光比长仪 当光电显微镜对准待测物体的起始端时，它向记录 仪发出一个信号，使记录仪开始记录干涉条纹数。 当物体测量完时，光电显微镜对准物体的末端，发 出一个终止信号，使记录仪停止工作。
M1 M2 激光器 可移平台
待测物体
光电计数器
记录仪
3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 当有某种物理原因使 W2 发生变形，则干涉图形不 再是平行等距的直线，从而可以从干涉图样的变化 测出相应物理量。
3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer )
在实际应用中，为了提高于涉条纹的亮度，通常都 利用扩展光源，此时干涉条纹是定域的，定域面可 根据 = 0 作图法求出。
3.4 典型干涉仪及其应用 (typical interferometers and their applications)
3.4.1 迈克尔逊干涉仪 (Michelson interferometer ) 3.4.2 马赫—泽德干涉仪 (Mach-Zehnder Interferometer ) 3.4.3 法布里—珀罗干涉仪 (Fabry Perot interferometer ) 3.4.4 干涉滤光片 (Interference filter )
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
当入射光不是平行光时，对于倾角较大的光束，若 要与倾角较小的入射光束等光程差，其平板厚度应 增大。
= 2nhcos2+/2
2 cos 2 h 2 cos 2 h
1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理
实验65迈克尔逊干涉仪的原理与使用
实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用一．实验目的（1）.了解迈克尔逊干涉仪的基本构造，学习其调节和使用方法。
（2）.观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。
（3）.学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。
二．实验原理1.迈克尔逊干涉仪光路如图所示，从光源S 发出的光线经半射镜的反射和透射后分为两束光线，一束向上一束向右，向上的光线又经M1 反射回来，向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来在半反射镜处被再次反射向下，最后两束光线在观察屏上相遇，产生干涉。
2.干涉条纹（1）.点光源照射——非定域干涉如图所示，为非定域干涉的原理图。
点S1是光源相对于M1的虚像，点S2’是光源相对于M2所成的虚像。
则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形成干涉。
当M1和M2相互垂直时，有S1各S2`到点A 的光程差可近似为：i d L cos 2=∆ ①当A 点的光程差满足下式时λk i d L ==∆cos 2 ②A 点为第k 级亮条纹。
由公式②知当i 增大时cosi 减小，则k 也减小，即条纹级数变高，所以中心的干涉条纹的级次是最高的（2）扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃，则形成扩展光源，此时形 成的干涉为定域干涉，定域干涉只有在特定的位置才能看到。
①．M1与M2严格垂直时，这时由于d 是恒定的，条纹只与入射角i 在关，故是等倾干涉②．M1与M2并不严格垂直时，即有一微小夹角，这种干涉为等厚干涉。
当M1与M2夹角很小，且入射角也很小时，光程差可近似为)21(2)2sin 1(2cos 222i d i d i d L -≈-=≈∆③ 在M1与M2`的相交处，d ＝0，应出现直线条纹，称中央条纹。
3.定量测量（1）.长度及波长的测量由公式②可知，在圆心处i=00, cosi=1,这时 λk d L ==∆2 ④从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时，光程差L ∆就减小或增大N 个整波长，对应就有N 条条纹缩进中心或冒出。
迈克尔逊干涉仪实验论文
光纤迈克尔逊干涉仪实验论文摘要：背景（迈克尔逊干涉仪的产生），论述与结论（迈克尔逊干涉仪的原理）， 光纤迈克尔逊干涉仪及其应用），参考文献背景迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。
它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。
通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。
主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。
在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。
利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。
干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。
迈克耳孙干涉仪（英文：Michelson interferometer ）是光学干涉仪中最常见的一种。
迈克耳孙干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。
干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。
迈克耳孙和爱德华·威廉姆斯·莫雷使用这种干涉仪于1887年进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，并证实了以太的不存在。
束器，而从上方平面镜反射的那束光要经过三次，这会导致两者光程差的变化。
对于单色光的干涉而言这无所谓，因为这种差异可以通过调节干涉臂长度来补偿；但对于复色光而言由于在介质中不同色光存在色散，这往往需要在右侧平面镜的路径上加一块和分束器同样材料和厚度的补偿板，从而能够消除由这个因素导致的光程差。
如左图所示，在一台标准的迈克耳孙干涉仪中从光源到光检测器之间存在有两条光路：一束光被光学分束器（例如一面半透半反镜）反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器，之后透射过分束器被光检测器接收；另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜，之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。
光学—迈克尔逊干涉仪
摘要：迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。
它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。
通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。
主要用于长度和折射率的测量。
在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。
利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。
关键字：迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器及电源，扩束镜（凸透镜），挡光片一片，升降台，玻璃板，白光光源。
一、迈克尔逊干涉仪工作原理干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。
若干涉条纹发生移动，一定是场点对应的光程差发生了变化，引起光程差变化的原因，可能是光线长度L发生变化，或是光路中某段介质的折射率n发生了变化，或是薄膜的厚度e发生了变化。
G2是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和G1精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。
当M2和M1’严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。
两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。
M2和M1’不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离 d 与条纹移动数 N 的关系满足。
迈克尔逊干涉仪示意经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光通过分光板只一次。
补偿板的设置是为了消除这种不对称。
在使用单色光源时，可以利用空气光程来补偿，不一定要补偿板；但在复色光源时，由于玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可或缺的。
如果要观察白光的干涉条纹，臂基本上完全对称，也就是两相干光的光程差要非常小，这时候可以看到彩色条纹；假若M1或M2有略微的倾斜，就可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称的彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。
基于迈克尔逊干涉原理的光纤传感器研究
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
③将上述部件与斜撑杆相连。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
④将斜撑杆另一端连接其它节点部件。 该过程注意：由于每一节点中有两个不相交 线道分别对应结构的纵横向，为使弦线穿道 过程不发生弯折，所连部件节点中的同方向 线道应相对应，既位于节点的同一高度。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
⑧整体调整。收紧花篮螺栓，使得弦 线处于微（预）张力状态。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
⑨节点间定线长。通过计算发现节点间 弦线的力并不相等，为保证施力完成“后力 到形到”，我们要使节点间线等长。通过测 量定长后，安装节点上的定位螺栓将弦线定 位。
作为索穹顶的孪生兄弟，单层双向张 拉整体网格结构尚未在工程中得到应用。
国家大学生创新性计划项目结题报告
一、科研背景
3.我们的张拉整体结构
为了增进我们对张拉整
体结构的了解，促进张拉整 体结构研究的进步，我们设 计了一两米见方的单层双向 张拉整体网格结构模型。该 模型的设计与施工的研究， 为我们实现单层双向张拉整 体网格结构工程应用的梦想 迈出了坚实的一步。
国家大学生创新性计划项目结题报告
二、部件设计方案
4 .定位销
定位销是辅助施工的附加部件，实现 部件的初步定位。
组成：带螺丝孔道圆柱+螺栓杆 工作时，弦线穿过孔道后，将螺栓旋 进螺孔并顶紧弦线，以达到初步锚固弦线的 目的。
国家大学生创新性计划项目结题报告
《干涉式光纤传感器》课件
在强电磁场环境下，干涉式光纤 传感器仍能保持稳定的测量精度 和可靠性，对于一些需要高精度 测量的应用场景非常适用。
耐腐蚀、耐高温
干涉式光纤传感器通常采用石英或玻璃等材料制造，这些 材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的环 境下长期稳定工作。
此外，干涉式光纤传感器还具有很好的耐高温性能，能够 在高温环境下进行测量，对于一些高温、高压、高湿度的 应用场景非常适用。
提高测量精度和稳定性
优化干涉信号处理算法
集成化与智能化
通过改进算法，降低噪声干扰，提高 信号质量，从而提高测量精度。
将多个干涉式光纤传感器集成在一个 系统中，实现智能化监测，提高测量 效率和精度。
研发新型干涉结构
探索新型干涉式光纤传感器结构，提 高干涉信号的稳定性，降低环境因素 对测量的影响。
开发新型干涉式光纤传感器结构
压力测量
干涉式光纤传感器能够通过检测压力对光纤 产生的微小形变，从而精确测量压力值。这 种传感器广泛应用于石油、化工、航空航天 等领域的压力监测。
温度测量
干涉式光纤传感器还可以通过检测温度对光 纤的影响，实现温度的精确测量。在电力、 冶金、制药等行业，这种传感器被用于监测
设备运行过程中的温度变化。
液位的测量
Sagnac干涉式光纤传感器
总结词
基于Sagnac干涉仪原理，通过环形器将 输入光分成两路，再通过分束器和反射 镜将两路光合并，通过检测干涉信号的 变化来测量物理量。
VS
详细描述
Sagnac干涉式光纤传感器利用Sagnac干 涉仪的原理，将输入光分成两路，经过环 形器的调制后，再通过分束器和反射镜的 调制后合并，形成干涉。当外界物理量发 生变化时，干涉信号发生变化，通过检测 干涉信号的变化可以测量温度、压力、位 移等物理量。