光纖干涉儀解析

評價光纖連接器端面的球面半徑和光纖高度，首先必須測量連接器端面的形狀。干涉儀具有測量精度高，速度

快，成本低等優(yōu)點，是測量表面形狀的一個有效手段。是光纖連接器端面檢測干涉儀的系統(tǒng)概要。由光源射出的光線經(jīng)半透鏡反射到米羅干涉物鏡后，光線聚焦于被檢測光纖連接器的端面，經(jīng)端面反射后與米羅干涉物鏡的反射面反射的光線一同透過半透鏡，成像于CCD攝像頭。這時在CCD攝像頭上可以觀察到干涉條紋。 CCD攝像頭測得的圖像經(jīng)圖像卡傳送到計算機進行解析處理。就可以得到我們所需要的測量結(jié)果。由計算機經(jīng)過控制卡及控制回路控制的PZT(壓電陶瓷組件)用于移動米羅干涉物鏡以產(chǎn)生位相移動。

解析干涉條紋可以應(yīng)用傅立葉變換法2，3，4,也可以應(yīng)用位相移動法5，6。傅立葉變換法具有簡單，快速，低成本等優(yōu)點，但精度較低，一般用于簡易型測量儀。對于光纖連接器端面形狀的測量，一般采用解析精度較高的位相移動法。

必須指出的是位相連接是一個比較復(fù)雜的過程。選擇不同的位相連接算法，計算速度和安定性將會不同。

光纖Mach-Zehnder干涉儀可以用于教學(xué)實驗裝置，學(xué)生利用此裝置進行實驗，不僅可以加深對光干涉現(xiàn)象的理解，明了影響光干涉的因素，而且可以鍛煉動手調(diào)節(jié)光路的能力，啟發(fā)創(chuàng)新意識。

載物臺的傾斜調(diào)整是一項關(guān)鍵技術(shù)。如果載物臺的傾斜調(diào)整精度不高，將極大地影響球面頂點偏心，APC角度及定位鍵角度的測量精度。圖4為傾斜調(diào)整和球面頂點偏心測量精度的關(guān)系概要。如圖4（a）所示，當(dāng)載物臺傾斜調(diào)整完整時，干涉儀光學(xué)系統(tǒng)的光軸將與被測定光纖連接器的插芯的中心軸平行。此時，旋轉(zhuǎn)被測定光纖連接器時，光纖連接器端面的球面頂點（環(huán)形干涉條紋的中心如A點或B點）將繞光纖的中心O點旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個以O(shè)點為中心的圓。測定的頂點偏芯值OA或OB將與實際的頂點偏芯相同。也就是說，無論旋轉(zhuǎn)光纖連接器到什幺角度，測定的頂點偏芯值的變化將不會太大。相反，如圖4（b）所示，當(dāng)載物臺傾斜調(diào)整不完整時，干涉儀光學(xué)系統(tǒng)的光軸將會與被測定光纖連接器的插芯的中心軸交叉成一個角度。此時，旋轉(zhuǎn)被測定光纖連接器時，光纖連接器端面的球面頂點（環(huán)形干涉條紋的中心如A點，B點，C點或D點）會繞一個與光纖的中心O不相同的中心O*旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個以O(shè)*為中心的圓。顯然，在不同位置測量的頂點偏芯值OA，OB或OC將與實際的頂點偏芯OD不相同。也就是說，旋轉(zhuǎn)光纖連接器后，測定的頂點偏芯值將會有很大的變化。從這個現(xiàn)象也可以得到一個檢驗載物臺傾斜調(diào)整是否完整的方法。即，旋轉(zhuǎn)光纖連接器，依次測定頂點偏芯值，如果測定的頂點偏芯值變化不大，則載物臺傾斜調(diào)整是完整的。反之，則載物臺傾斜調(diào)整是不完整的。為了提高載物臺傾斜的調(diào)整精度，富士寫真光機株式會社開發(fā)了一種高精度，操作簡單的載物臺傾斜調(diào)整技術(shù)（已申請多國專利）7,8，可以達到大大高于一般調(diào)整方法的調(diào)整精度。

測量再現(xiàn)性對光纖連接器端面檢測儀的測量精度有很大的影響。以頂點偏心為例，目前，絕大部分廠商生產(chǎn)的光

纖連接器端面檢測儀的測量再現(xiàn)性精度大約在±5μm附近。這些數(shù)據(jù)可以從各廠家的網(wǎng)頁方便的查到。有的廠家以測量再現(xiàn)性的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ來衡量。按照誤差理論的計算方法，此時的測量再現(xiàn)性最大誤差可達±3σ，大約也在±6μm附近。

一般不可能要求測量儀器的測量精度高于測量再現(xiàn)性精度。所以再現(xiàn)性精度是判定測量儀器的測量精度最重要指標(biāo)之一。

光纖連接器端面檢測儀的測量再現(xiàn)性精度主要由光纖連接器端面檢測干涉儀的測量再現(xiàn)性精度（由PZT的位相移動精度，CCD攝像頭的精度和圖像卡的A/D轉(zhuǎn)換器的精度，測量電路的噪聲，測量環(huán)境，如振動，溫度的變化決定），以及載物臺光纖連接器固定夾具的定位精度來決定。此外，一般由于光纖連接器插入固定夾具的旋轉(zhuǎn)方向角度的不確定性（除APC光纖連接器），載物臺的傾斜調(diào)整精度也會影響測量再現(xiàn)性精度。

對于干涉儀的測量再現(xiàn)性，可以固定光纖連接器于載物臺的固定夾具上，在不拔出光纖連接器的狀態(tài)下反復(fù)進行測量。然后，對測量的數(shù)值進行處理，從而評價干涉儀本身的測量再現(xiàn)性。一般來說，基于現(xiàn)代干涉儀測量技術(shù)和干涉條紋解析技術(shù)而開發(fā)的干涉儀具有很高的測量再現(xiàn)性。不過，由于光學(xué)設(shè)計及光路布置不當(dāng)，有些廠家的干涉儀對振動很敏感，從而影響干涉儀的測量再現(xiàn)性精度。

對于光纖連接器固定夾具的定位精度，可以多次插入/拔出被測光纖連接器，對同一光纖連接器反復(fù)進行測量。然后，對測量的數(shù)值進行處理，從而評價光纖連接器固定夾具的定位精度。必須指出的是，由于大多采用某種標(biāo)準(zhǔn)器，如標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器來進行載物臺的傾斜調(diào)整，載物臺的傾斜調(diào)整精度也會受到固定夾具的定位精度的影響，因此，提高固定夾具的定位精度是提高整個光纖連接器端面檢測儀的測量精度的關(guān)鍵。為了提高固定夾具的定位精度，富士寫真光機株式會社開發(fā)了一種高精度，操作簡單，可靠性高的光 干涉現(xiàn)象是光學(xué)的基本現(xiàn)象，利用光纖實現(xiàn)光的干涉，是光干涉現(xiàn)象的重要應(yīng)用。由于光纖取代透鏡系統(tǒng)構(gòu)成的光路具有柔軟、形狀可隨意變化、傳輸距離遠(yuǎn)、可適用于各種有強電磁干擾、易燃易爆等惡劣環(huán)境，從而可以構(gòu)造出各種結(jié)構(gòu)的干涉儀和許多功能器件，如光纖陀螺、光開關(guān)、光定位器件等，有廣泛的應(yīng)用前景。光纖Mach-Zehnder干涉儀可以用于教學(xué)實驗裝置，學(xué)生利用此裝置進行實驗，不僅可以加深對光干涉現(xiàn)象的理解，明了影響光干涉的因素，而且可以鍛煉動手調(diào)節(jié)光路的能力，啟發(fā)創(chuàng)新意識。

本產(chǎn)品可用作教學(xué)實驗觀察光纖干涉條紋，也可用于傳感器方面。通過條紋變化得到外界對相位產(chǎn)生影響的變化量。

光纖Mach-Zehnder干涉儀是利用耦合器的分光、合光特性，將輸入光分為大小相等的兩束，經(jīng)兩干涉臂傳輸，在輸出端兩臂會合輸出，在空間形成干涉。

a暗室；b防止震動；c室內(nèi)清潔，無灰塵；d實驗桌面平整；e室溫.

輸出端總光強大于300μW

輸出光的線偏振度大于98%

可觀測的條紋數(shù)多于25條

PZT引起的條紋移動多于2條

注意人身安全：

激光光強較大，不要讓激光直接打到眼睛上；

激光電源紅黑插頭間電壓約1470伏，操作時一定要小心高壓。

儀器安全：

激光器的電源插孔，紅對紅，黑對黑，不可接反；若激光器接通電源3秒后，激光管中無激光輸出，則關(guān)掉電源，重新檢查是否正確接好電路，檢查無誤后，再次開電源，切不可在無光情況下，長時間開通電源，以免燒毀電源；關(guān)閉激光管時，應(yīng)先關(guān)掉激光管電源，后拔電源插頭。

調(diào)節(jié)過程中注意保護光纖，以免不小心將其碰折，一定要保證輕拿輕放。

本實驗對精密度要求極高，一定注意保護微調(diào)架，調(diào)節(jié)微調(diào)架時要輕調(diào)，不可用力過大，以免弄壞微調(diào)架。移動微調(diào)架時應(yīng)托著底部，不能拿上部。

6、故障及維修

接通激光器電源3秒后無光輸出。可能原因：激光器的電源紅黑插也接反；激光器的泵浦沒有正常工作。維修方法：檢查激光器電源插孔是否正確對接。若正確對接，則重新接電源，觀察3秒后看是否有光輸出。

耦合進光纖的光功率太小?？赡茉蚣敖鉀Q方法：

激光器與透鏡沒準(zhǔn)直好；解決方法：對光路重新進行準(zhǔn)直；

起偏器與透鏡的通光孔端面落有灰塵；解決方法：把通光孔表面的灰塵擦去或重新更換新的。

光纖接頭的前端面落有灰塵；解決方法：用脫脂棉沾酒精輕輕擦拭，除掉表面的灰塵。

壓電陶瓷不能正常調(diào)節(jié)相位，即不能使干涉條紋產(chǎn)生正常移動?？赡茉颍杭釉趬弘娞沾缮系碾娫措妷捍嬖趩栴}。解決方法：檢查加在壓電陶瓷上的電源電壓是否正確，若不正確則進行改正。

接收屏上接收的干涉條紋光斑為橢圓形?？赡茉颍狠敵龆嗣鏇]有磨平。解決方法：重新研磨輸出端面。