北航光電測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、光電測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院2006年5月一、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 多功能光學(xué)系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光學(xué)原理如圖1所示，激光（He-Ne，波長(zhǎng)6358nm，功率3mv）通過 圖1 實(shí)驗(yàn)儀光學(xué)系統(tǒng)1激光器 2,17衰減器 3,5,11定向孔 4,13移動(dòng)反射鏡 6,7,9,12反射鏡 8,29物鏡 10準(zhǔn)直透鏡 14分光棱鏡 15共焦顯微鏡 16多功能試件夾及組合工作臺(tái) 18帶壓電陶瓷的組合工作臺(tái) 19,27衍射試件平臺(tái) 20成像透鏡 21目鏡 22可調(diào)光闌 23光電接收器 24導(dǎo)軌25,28直角棱鏡 26傅氏透鏡 30五維調(diào)節(jié)架 31光纖分束器 32光纖 33a外置

2、式光纖傳感器 33b內(nèi)置式光纖傳感器 34光纖夾持器 35備用試件架各種光學(xué)元件的切換與配置，組合成一種光學(xué)物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定性觀察與定量測(cè)試的多功能，最終由光電接收器23接收，并將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的顯示與計(jì)算。所謂多功能，主要由下列七部分組成：1 Tyman-Green干涉系統(tǒng)激光1經(jīng)衰減器2調(diào)節(jié)光強(qiáng)，小孔3,5定向，擴(kuò)束鏡8,10擴(kuò)束，分光棱鏡14分光后，一路由工作臺(tái)16上試件返回，形成參考光，一路由工作臺(tái)18上試件返回形成物光，再返回分光鏡14形成干涉場(chǎng)，經(jīng)透鏡20成像（透鏡21選裝），光闌22濾波（選裝）后，在CCD23上形成穩(wěn)定干涉圖樣，由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)顯示與計(jì)量。

3、2 衍射計(jì)量系統(tǒng)激光經(jīng)4，12，13，14轉(zhuǎn)向，射向衍射試件（試件夾19中）產(chǎn)生衍射，經(jīng)20會(huì)聚成像，至23接收，送計(jì)算機(jī)顯示器觀察，并對(duì)部分試樣實(shí)現(xiàn)定標(biāo)與計(jì)量。3 光纖傳感系統(tǒng)激光經(jīng)4，12，13及18上平面反射鏡至目鏡29，實(shí)現(xiàn)最大光強(qiáng)耦合，進(jìn)入干涉調(diào)制系統(tǒng)38，形成兩相干光束，經(jīng)34定位，投影于23，光纖調(diào)制電源的波形控制與干涉條紋的處理由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。本光路用于實(shí)驗(yàn)2223。1.2 光電處理與顯示光電與計(jì)算機(jī)處理部分由圖2所示。上述光信息經(jīng)CCD圖像系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)，再經(jīng)模/數(shù)變換（A/D）形成數(shù)字信號(hào)，將此數(shù)字信號(hào)送入圖像處理卡，然后進(jìn)入計(jì)算機(jī)（主板CPV 586，100M以上，

4、內(nèi)存64M以上）作處理，完成實(shí)驗(yàn)顯示及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算定量，在專用軟件的操作下實(shí)現(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀照片二、軟件使用與操作激光多功能光電測(cè)試實(shí)驗(yàn)儀配套軟件是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，為配合各實(shí)驗(yàn)的順利完成，目前該軟件包主要有兩部分組成：1. 激光多功能光電測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀綜合軟件（Csylaser）；2.干涉圖的條紋自動(dòng)分析軟件（Wave）?，F(xiàn)將各部分的使用與操作說明如下：（1）激光多功能光電測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀綜合軟件1 從任務(wù)欄中的“開始”按鈕出發(fā)，點(diǎn)中“程序（P）”項(xiàng)查找“激光多功能光電測(cè)試實(shí)驗(yàn)儀配套軟件”程序組件，然后用鼠標(biāo)雙擊該組件中的“Csylaser”圖標(biāo)進(jìn)入該軟件，可看到如下的

5、對(duì)話框：2 根據(jù)當(dāng)前所做的實(shí)驗(yàn)，可從實(shí)驗(yàn)類別下面的下拉式選擇框中選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)類型，可供選擇的實(shí)驗(yàn)類型有： A位移傳感測(cè)試 B光纖傳感測(cè)試 C納米計(jì)量測(cè)試 D共焦計(jì)量測(cè)試 E衍射計(jì)量測(cè)試 F散斑位移測(cè)試3 按【活動(dòng)圖象】按鈕可在窗口中看到探測(cè)器上的動(dòng)態(tài)顯示的圖象，如：干涉條紋、共焦光斑、衍射圖樣等。按【凍結(jié)圖象】按鈕可實(shí)現(xiàn)圖象的凍結(jié)（即將圖象靜止）。4 如果在實(shí)驗(yàn)過程中干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，可按【條紋計(jì)數(shù)開始】按鈕實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)數(shù)，當(dāng)前的計(jì)數(shù)情況將實(shí)時(shí)地在屏幕右下方顯示出來。當(dāng)條紋往反方向移動(dòng)時(shí)，所計(jì)的條紋數(shù)目也相應(yīng)地減少。5 按【條紋計(jì)數(shù)結(jié)束】按鈕可中止計(jì)數(shù)。6 按【PZT自動(dòng)掃描】中的【開始

6、】按鈕可實(shí)現(xiàn)干涉條紋或光纖測(cè)試所形成的楊氏干涉條紋的自動(dòng)移動(dòng)。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生數(shù)字波形，通過D/A輸出，經(jīng)高壓放大驅(qū)動(dòng)電路，使壓電陶瓷（PZT）產(chǎn)生微位移或形變。改變【周期調(diào)整量】的值可改變所產(chǎn)生波形的周期。7 用鼠標(biāo)拉動(dòng)【PZT手動(dòng)掃描】中的滑桿條可實(shí)現(xiàn)人為控制干涉條紋或光纖測(cè)試所形成的楊氏干涉條紋的自動(dòng)移動(dòng)。8 當(dāng)選擇實(shí)驗(yàn)類型為“E衍射計(jì)量測(cè)試”時(shí)，可通過鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)衍射圖樣中任意兩點(diǎn)之間距離的精確度量。具體步驟如下：i. 選擇實(shí)驗(yàn)類型為“E衍射計(jì)量測(cè)試”ii. 按【活動(dòng)圖象】按鈕監(jiān)視衍射圖樣，調(diào)整衍射圖樣到最佳狀態(tài)iii. 按【凍結(jié)圖象】按鈕使圖象靜止iv. 用鼠標(biāo)點(diǎn)中度量的起始點(diǎn)并按下鼠標(biāo)的左鍵

7、v. 按住左鍵將鼠標(biāo)移動(dòng)到度量的終點(diǎn)，在移動(dòng)過程中將在圖中顯示一條紅線，并在屏幕的右下方實(shí)時(shí)地顯示出紅線所度量的長(zhǎng)度。當(dāng)鼠標(biāo)到達(dá)度量的終點(diǎn)時(shí)，放開左鍵，則完成度量。vi. 若需要重新度量，只需要重復(fù)步驟e)即可。實(shí)驗(yàn)1 精密位移量的激光干涉測(cè)量方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解激光干涉測(cè)量的原理2 掌握微米及亞微米量級(jí)位移量的激光干涉測(cè)量方法3 了解激光干涉測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，并學(xué)會(huì)用圖像處理的方法處理干涉條紋二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)采用泰曼格林（Twyman-Green）干涉系統(tǒng)，TG干涉系統(tǒng)是著名的邁克爾遜白光干涉儀的簡(jiǎn)化。用激光為光源，可獲得清晰、明亮的干涉條紋，其原理如圖1所示。激光通過擴(kuò)束準(zhǔn)直

8、系統(tǒng)L1提供入射的平面波（平行光束）。當(dāng)設(shè)光軸方向?yàn)閆軸，則此平面波可用下式表示： (1)式中A平面波的振幅，為波數(shù)，l激光波長(zhǎng)此平面波經(jīng)半反射鏡BS分為二束，一束經(jīng)參考鏡M1，反射后成為參考光束，其復(fù)振幅UR用下式表示 (2)式中AR參考光束的振幅，fR（zR）參考光束的位相，它由參考光程zR決定。另一束為透射光，經(jīng)測(cè)量鏡M2反射，其復(fù)振幅Ut，用下式表示： (3)式中At 測(cè)量光束的振幅，ft（zt）測(cè)量光束的位相，它由測(cè)量光程Zt決定。此二束光在BS上相遇，由于激光的相干性，因而產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋的光強(qiáng)I(x,y)由下式?jīng)Q定 (4)式中，而U*，UR*，Ut*為U，UR，Ut的共軛波

9、。當(dāng)反射鏡M1與M2彼此間有一交角2q，并將式(2)，式(3)代入式(4)，且當(dāng)q較小，即sinqq時(shí)，經(jīng)簡(jiǎn)化可求得干涉條紋的光強(qiáng)為： (5)式中I0激光光強(qiáng)，光程差，。式(5)說明干涉條紋由光程差l及q來調(diào)制。當(dāng)q為一常數(shù)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)如圖2所示。當(dāng)測(cè)量在空氣中進(jìn)行，且干涉臂光程不大，即略去大氣的影響，則 (6) 式中：N干涉條紋數(shù)。 因此，記錄干涉條紋移動(dòng)數(shù)，已知激光波長(zhǎng)，由式(6)即可測(cè)量反射鏡的位移量，或反射鏡的軸向變動(dòng)量DL。干涉條紋的計(jì)數(shù)，從圖1中知道，定位在BS面上或無窮遠(yuǎn)上的干涉條紋由成像物鏡L2將條紋成在探測(cè)器上，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。測(cè)量靈敏度為：當(dāng)N1，則（He-Ne激光），則如

10、果細(xì)分N，一般以1/10細(xì)分為例，則干涉測(cè)量的最高靈敏度為：三、實(shí)驗(yàn)光路圖3 實(shí)驗(yàn)光路激光器1發(fā)出的激光經(jīng)衰減器2（用于調(diào)節(jié)激光強(qiáng)度）后由二個(gè)定向小孔3，5引導(dǎo)，經(jīng)反射鏡6，7進(jìn)入擴(kuò)束準(zhǔn)直物鏡8，10（即圖1中的L1），由分光鏡14（即圖1中BS）分成二束光，分別由反射鏡16（即圖1中的M1），18（M2）反射形成干涉條紋并經(jīng)成像物鏡20（即圖1中L2）將條紋成于CCD 23上（即D），這樣在計(jì)算機(jī)屏上就可看到干涉條紋，實(shí)現(xiàn)微位移的測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟公共部分：1 開機(jī)，激光器1迅速起輝，待光強(qiáng)穩(wěn)定。2 檢查CCD23上電信號(hào)燈亮否。3 調(diào)整光路時(shí)，若移開反射鏡4，13，擴(kuò)束激光；移入反射鏡4，

11、反射鏡13，不擴(kuò)束激光；注：以下所有實(shí)驗(yàn)的開始步驟均同公共部分。本實(shí)驗(yàn)步驟1 擴(kuò)束2 在組合工作臺(tái)16，18上分別裝平面反射鏡，調(diào)節(jié)工作臺(tái)16，18上調(diào)平調(diào)向測(cè)微器，使二路反射光較好重合（在成像物鏡20后焦面上，兩反射光會(huì)聚的焦斑重合）3 打開計(jì)算機(jī)，然后微調(diào)工作臺(tái)上測(cè)微器，在顯示屏上看見干涉條紋4 調(diào)整CCD在軌道上的位置，使干涉條紋清晰，鎖定23，再調(diào)節(jié)可調(diào)光闌22孔徑位置，濾除分光鏡寄生干涉光五、實(shí)驗(yàn)記錄1截取實(shí)驗(yàn)圖樣存儲(chǔ)成文件2記錄數(shù)據(jù)：可自行設(shè)定幾個(gè)位移量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)(其中)表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)驅(qū)動(dòng)位移量(L)條紋變化數(shù)(N)：測(cè)量位移量(L)備注123實(shí)驗(yàn)2：數(shù)字干涉測(cè)量

12、方法（選做）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解激光干涉的近代方法數(shù)字干涉技術(shù)的原理和方法2 掌握干涉的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)3 了解數(shù)字干涉方法的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合二、實(shí)驗(yàn)原理隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，并與傳統(tǒng)的干涉檢測(cè)方法結(jié)合，產(chǎn)生了一種新的位相檢測(cè)技術(shù)數(shù)字干涉技術(shù)，這是一種位相的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)干涉條紋的實(shí)時(shí)提取，而且可以利用波面數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能消除干涉儀系統(tǒng)誤差，消除或降低大氣擾動(dòng)及隨機(jī)噪聲，使干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)l/100的精度，這是目前干涉儀精度最高的近代方法。其原理如下圖所示。圖中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仍采用T-G干涉儀，但參考鏡2由壓電陶瓷PZT驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生位移。此位移的頻率與移動(dòng)量由計(jì)算機(jī)控制。設(shè)參考鏡的

13、瞬時(shí)位移為li，被測(cè)表面的形貌（面形）為w(x,y)，則參考光路和測(cè)試光路可分別用下式表示： (1) (2)式中a,b為光振幅常數(shù)。參考光與測(cè)試光相干產(chǎn)生干涉條紋，其瞬時(shí)光強(qiáng)由式1與式2，可得： (3)式中是干涉條紋的對(duì)比度。式3說明，干涉場(chǎng)中任意一點(diǎn)的光強(qiáng)都是li的余弦函數(shù)。由于li隨時(shí)間變化，因此式3的光強(qiáng)是一個(gè)時(shí)間周期函數(shù)，可用傅里葉級(jí)數(shù)展開。設(shè)r=1，則 (4)式中：由三角函數(shù)的正交性，可求出Fourier級(jí)數(shù)的各個(gè)系數(shù)，即 (5)從而求得被測(cè)波面，由下式給出： (6)式中為進(jìn)一步降低噪聲，提高測(cè)量精度，可用P個(gè)周期進(jìn)行驅(qū)動(dòng)掃描，測(cè)量數(shù)據(jù)作累加平均，即 (7)式7說明孔徑內(nèi)任意一點(diǎn)的位

14、相可由該點(diǎn)上的np個(gè)光強(qiáng)的采樣值計(jì)算出來，因此，可獲得整個(gè)孔徑上的位相。除實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)外，還可以測(cè)定被測(cè)件的三維形貌。三、實(shí)驗(yàn)光路同實(shí)驗(yàn)一（加PZT）四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 擴(kuò)束2. 調(diào)節(jié)工作臺(tái)18上的測(cè)微螺桿并啟動(dòng)壓電晶體工作電源，使反射鏡產(chǎn)生軸向位移，在計(jì)算機(jī)上看到條紋平移3. 調(diào)整CCD在軌道上的位置，使干涉條紋清晰，鎖定234. 調(diào)節(jié)可調(diào)光闌22孔徑位置，濾除寄生干涉光五、實(shí)驗(yàn)記錄 選做的同學(xué)可與實(shí)驗(yàn)一進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)3 縫寬或間隙的衍射測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篴) 了解激光衍射計(jì)量原理b) 利用間隙計(jì)量法測(cè)量縫寬或間隙，并學(xué)習(xí)利用圖像處理的方法提取衍射條紋二、實(shí)驗(yàn)原理激光衍射計(jì)量的基本原理是利用激

15、光下的夫朗和費(fèi)衍射效應(yīng)。夫朗和費(fèi)衍射是一種遠(yuǎn)場(chǎng)衍射。衍射計(jì)量是利用被測(cè)物與參考物之間的間隙所形成的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射來完成。當(dāng)激光照射被測(cè)物與參考的標(biāo)準(zhǔn)物之間的間隙時(shí)，這相當(dāng)于單縫的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射。當(dāng)入射平面波的波長(zhǎng)為，入射到長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為w的單縫上（Lw），并與觀測(cè)屏距離時(shí)，在觀測(cè)屏E的視場(chǎng)上將看到十分清晰的衍射條紋。圖1是計(jì)量原理圖，圖2是等效衍射圖。在觀察屏E上由單縫形成的衍射條紋，其光強(qiáng)I的分布由物理光學(xué)知：式中：；為衍射角，I0是時(shí)的光強(qiáng)，即光軸上的光強(qiáng)度。上式就是遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光強(qiáng)分布的基本公式，說明衍射光強(qiáng)是隨sin的平方而衰減。當(dāng)處將出現(xiàn)強(qiáng)度為零的條紋（n為暗條紋級(jí)數(shù)），即I=0 的暗條紋。測(cè)定任

16、一個(gè)暗條紋的位置變化就可以知道間隙w的尺寸和尺寸變化。這就是衍射計(jì)量的原理。因?yàn)椋瑢?duì)暗條紋則有當(dāng)不大時(shí)，從遠(yuǎn)場(chǎng)條件，有式中：xn為第n級(jí)暗條紋中心距中央零級(jí)條紋中心的距離，R為觀察屏距單縫平面的距離。最后寫成：這就是衍射計(jì)量的基本公式。為計(jì)算方便，設(shè)，t為衍射條紋的間隔，則已知，R( R = f )，測(cè)定兩個(gè)暗條紋的間隔t，就可計(jì)算出w的精確尺寸。當(dāng)被測(cè)物尺寸改變時(shí)，相當(dāng)于狹縫尺寸w改變，衍射條紋中心位置隨之改變，則式中：w0, w分別為起始縫寬和最后縫寬；x0, x分別為起始時(shí)衍射條紋中心位置和變動(dòng)后衍射條紋中心位置（條紋級(jí)數(shù)n不變）。由一個(gè)狹縫邊的位置用上式就可以推算另一邊的位置，則被測(cè)物

17、尺寸或輪廓完全可由被測(cè)物和參考物之間的縫隙所形成的衍射條紋位置來確定。利用激光下形成的清晰衍射條紋就可以進(jìn)行微米量級(jí)的非接觸的尺寸測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)光路圖3 實(shí)驗(yàn)光路激光不用擴(kuò)束，直接照射工作臺(tái)19上的試件，在探測(cè)器上形成遠(yuǎn)場(chǎng)衍射條紋，即可測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 激光不擴(kuò)束，光路中插入反射鏡4及132 將分光鏡14轉(zhuǎn)90，18上試件夾上放黑紙屏或取消試件夾，讓透射光逸至試驗(yàn)平臺(tái)3 切換試件夾19中的衍射試件(可調(diào)狹縫，光刻片狹縫系列)4 移動(dòng)CCD使計(jì)算機(jī)圖像清晰，鎖定235 記錄狹縫系不同級(jí)衍射條紋間距五、實(shí)驗(yàn)表格1截取實(shí)驗(yàn)圖樣存儲(chǔ)成文件2記錄數(shù)據(jù)：可自行選擇實(shí)驗(yàn)給定的狹逢測(cè)量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)表2

18、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄表項(xiàng)目不同縫寬衍射條紋級(jí)數(shù)（n）暗條紋坐標(biāo)Xn縫寬W平均縫寬123 （其中R=180mm，l=632.8nm）實(shí)驗(yàn)4 微孔直徑的衍射測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解愛里圓（Airy）測(cè)定法2. 利用愛里圓測(cè)定法測(cè)量微孔直徑，并學(xué)習(xí)利用圖像處理的方法提取光斑中心和衍射條紋二、實(shí)驗(yàn)原理由物理光學(xué)知道，平面波照射的開孔不是矩形而是圓孔時(shí)，其遠(yuǎn)場(chǎng)的夫朗和費(fèi)衍射像是中心為一圓形亮斑，外面繞著明暗相間的環(huán)形條紋。這種環(huán)形衍射像就稱為愛里圓，如圖1所示。圖1 圓孔的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖樣P點(diǎn)的光強(qiáng)分布：，上式就是愛里圓的光強(qiáng)分布式，當(dāng)x=0，即中央亮斑，它集中84%左右的光能量。對(duì)第一暗環(huán)，即中央亮斑的直

19、徑大小，由于得到愛里圓中心亮斑的直徑d為 當(dāng)已知，時(shí)，測(cè)定d就可以求取圓孔半徑a值，即微孔的尺寸。三、實(shí)驗(yàn)光路同實(shí)驗(yàn)3。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 激光不擴(kuò)束2 將分光鏡14轉(zhuǎn)903 切換試件夾19中的衍射試件(微孔系列)4 移動(dòng)CCD使圖像清晰，鎖定235 觀察微孔系列衍射圓環(huán)分布五、實(shí)驗(yàn)記錄1截取實(shí)驗(yàn)圖樣存儲(chǔ)成文件2記錄數(shù)據(jù)：可自行選擇實(shí)驗(yàn)提供的微孔進(jìn)行測(cè)量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄表 項(xiàng)目圓孔序號(hào)a（愛里斑直徑）2a（小孔直徑）123 （其中f = 180mm，l=632.8nm）實(shí)驗(yàn)5 光纖傳感技術(shù)的原理與實(shí)驗(yàn)（選做）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解光纖傳光原理與特性2 了解光纖系統(tǒng)主要單元器件的

20、原理3 學(xué)習(xí)光纖傳感系統(tǒng)的原理二、實(shí)驗(yàn)原理：1 光纖傳光原理與特性光纖傳輸光信號(hào)的原理是基于光的全反射定律，在光纖中實(shí)現(xiàn)全反射主要有二種方法，如圖1所示：(1)階躍型光纖如圖1(a)所示，采用光纖芯的折射率高于包層折射率的階躍型分布來實(shí)現(xiàn)光的臨界角qc：式中n1纖芯折射率，n2包層折射率 入射光的入射角大于qc時(shí)，傳輸?shù)墓饩桶l(fā)生全反射而實(shí)現(xiàn)鋸齒形傳光，這是光通訊中光纖傳光的基本形式。(2)漸變型光纖如圖1(b)所示，在拉制光纖芯時(shí)，采用離子交換法，使纖芯折射率呈拋物線分布：式中r光纖包層半徑a光纖纖芯半徑a折射率分布指數(shù)當(dāng)a=2時(shí)，n(r)呈拋物線分布，這樣光在光纖中傳輸呈蛇形向前，從而減少光

21、纖中反射次數(shù)，降低傳輸光損耗，并使脈沖展寬變小，提高傳光信息容量，但這種光纖成本高。2 光纖系統(tǒng)的關(guān)鍵器件光纖系統(tǒng)主要分光通訊系統(tǒng)與光傳感系統(tǒng)二大部分。本實(shí)驗(yàn)主要了解光傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵器件：(1) 光纖耦合器也稱光纖分束器，或3dB器件，其作用是將光纖中的傳輸光一分為二，這在很多光纖傳感器中是必須的，作用相當(dāng)于光學(xué)中的分束器。(2) 光纖調(diào)制器是使光信號(hào)從直流信號(hào)變?yōu)榻涣餍盘?hào)的器件，最常用的如壓電型，集成光學(xué)型。圖2是壓電型光纖調(diào)制器的原理，這種光纖調(diào)制器是將光纖繞在壓電陶瓷（PZT）上。當(dāng)在PZT上加調(diào)制信號(hào)時(shí)，由于PZT的伸縮，造成光纖的變形，從而給光纖傳輸中光訊號(hào)增加光程差，形成光調(diào)制。(

22、3) 光纖探測(cè)器是帶尾纖的PIN探測(cè)器（針孔二極管），這是光纖系統(tǒng)中最常用的探測(cè)器3 光纖傳感器原理光纖傳感器是80年代隨光通訊發(fā)展迅速崛起的新型傳感器，其特點(diǎn)是輕巧、靈敏、抗干擾、遙感，而且可以組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化，現(xiàn)在已在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。光纖傳感器的一般原理如圖3所示。光源（LD）一般采用半導(dǎo)體激光器，其發(fā)出的窄帶光波經(jīng)3dB耦合器進(jìn)入測(cè)試傳感區(qū)，其中A，B，C，D為光纖傳感頭，感受外界的物理量變化。此變化再經(jīng)3dB耦合器進(jìn)入光纖探測(cè)器D，進(jìn)行光電變換。模數(shù)變換后送入計(jì)算機(jī)處理，分別獲得測(cè)試區(qū)A，B，C，D的狀態(tài)變化，從而通過其它手段進(jìn)行控制，達(dá)到工程目的。光纖傳感技術(shù)是利用光纖為載體，對(duì)外界物理的變化進(jìn)行光信號(hào)的調(diào)制，然后解調(diào)出物理量或其變化。這就是光纖傳感技術(shù)。三、實(shí)驗(yàn)光路激光器1的激光不擴(kuò)束經(jīng)物鏡29會(huì)聚和五維支架調(diào)節(jié)30使激光耦合進(jìn)入單模光纖，然后經(jīng)3dB耦合器31，分為二光束分別進(jìn)入傳感臂3