實(shí)驗(yàn)報(bào)告干涉法研究光纖溫度傳感器特性

干涉法研究光纖溫度傳感器特性摘要：采用光纖雙光束干涉的方法研究并測(cè)量了其干涉條紋隨溫度的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,測(cè)量方法簡(jiǎn)便可行,易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。關(guān)鍵詞：光纖折射率，溫度，干涉THESTUDYOFCHRACTERISTICSOFOPTICALFIBERTEMPERATURESENSORAbstract：Adoptingthemethodofinterferenceoftwolightbeams,thechangeoftheinterferometricfringeswithtemperatureismeasured.Theexperimentalresultsshowthatthemethodissimpleandeasytoachieve.Thephenomenonisevident.Keywords：opticalfiber，temperature，interference引言光纖折射率不僅是波長(zhǎng)的函數(shù),而且與光纖的環(huán)境溫度密切相關(guān)。光纖折射率是光纖設(shè)計(jì)與制作的重要參數(shù)之一，也是商用化光纖產(chǎn)品的特性參數(shù)。光纖折射率的溫度相關(guān)特性對(duì)于光纖光纜設(shè)計(jì)、光纖傳感器設(shè)計(jì)、光纖探測(cè)儀器和光纖測(cè)試等具有重要意義。[1]光通過(guò)在光纖內(nèi)部的傳輸，受到外界因素（如溫度等）的影響，光波的振幅、光強(qiáng)、香味、偏振態(tài)等會(huì)發(fā)生變化。所以，如果測(cè)出這些光的參量隨外界因素的變化規(guī)律便可利用光纖實(shí)現(xiàn)各種傳導(dǎo)功能。原理和儀器用激光器照射兩根緊貼放置的形狀一樣的光纖的一端，由于激光相干性極高，在另一端能觀察到明顯的干涉條紋，通過(guò)改變其中一根光纖的局部溫度，導(dǎo)致光纖內(nèi)部折射率改變，從而光程發(fā)生變化，反映在干涉條紋上，即能觀察到干涉條紋移動(dòng)，記錄條紋移動(dòng)級(jí)數(shù)N，進(jìn)而求的折射率改變，調(diào)節(jié)溫度，得到該光纖折射率隨溫度變化關(guān)系。其實(shí)驗(yàn)儀器如下圖所示：圖1干涉法測(cè)光纖折射率的溫度特性裝置圖令通過(guò)加熱器的光相位為，波長(zhǎng)為，加熱器中光纖的長(zhǎng)度為，光纖折射率為，則有當(dāng)溫度改變導(dǎo)致光纖折射率和長(zhǎng)度改變時(shí)考慮受溫度影響，上式化為對(duì)于石英玻璃光纖，,線膨脹系數(shù)，試驗(yàn)用氦氖激光器波長(zhǎng)約630nm，帶入即可得即單位長(zhǎng)度光纖變化單位溫度產(chǎn)生的條紋移動(dòng)為17級(jí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程組建實(shí)驗(yàn)儀器，并在讀數(shù)顯微鏡中調(diào)節(jié)出清晰明亮的干涉條紋將兩根長(zhǎng)度形狀一致的光纖的兩端削平，并露出石英部分。兩根光纖的兩端部分緊貼放置并用橡皮泥固定在架子上。用激光器照射其中一端，使光線均勻進(jìn)入兩根光纖。觀察出射端兩束光，同時(shí)調(diào)整激光器入射位置，使兩束光強(qiáng)度一致。在另一端用讀數(shù)顯微鏡觀察，調(diào)整得到清晰干涉條紋。啟動(dòng)加熱裝置，改變其中一根光纖局部溫度，記錄條紋隨溫度變化的移動(dòng)情況從室溫開(kāi)始，以此時(shí)條紋位置為零點(diǎn)，打開(kāi)加熱器開(kāi)始加熱。從室溫一直加熱到100℃為止，根據(jù)溫度計(jì)示數(shù)，間隔5℃記錄下條紋級(jí)數(shù)。測(cè)量加熱部分光纖長(zhǎng)度，處理數(shù)據(jù)用直尺測(cè)量加熱器筒中加熱部分長(zhǎng)度L。將得到的溫度和對(duì)應(yīng)條紋級(jí)數(shù)用origin擬合得到關(guān)系圖，比較斜率與理論值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理表1條紋級(jí)數(shù)N與對(duì)應(yīng)溫度T關(guān)系T/℃303540455055606570N0386694131164192220246T/℃7580859095100---N280314332368387408---加熱長(zhǎng)度使用origin擬合得圖2關(guān)系圖圖3擬合分析圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)誤差分析和注意事項(xiàng)：最主要的誤差來(lái)源于讀取干涉條紋級(jí)數(shù)，因?yàn)樵谧x取過(guò)程中條紋細(xì)而密，由于主觀判斷條紋位置導(dǎo)致的誤差較大，而且在加熱過(guò)程中由于加熱不均勻，有時(shí)條紋會(huì)產(chǎn)生反向移動(dòng)的現(xiàn)象，這是記錄條紋位置要減去反向移動(dòng)級(jí)數(shù)，否則會(huì)產(chǎn)生更大誤差。測(cè)量光纖被加熱部分長(zhǎng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，一是因?yàn)楣饫w在加熱管內(nèi)部可能會(huì)彎曲，而測(cè)量的是直線距離；二是光纖在被加熱時(shí)加熱部分邊緣可能受到影響，而溫度有所改變，但這個(gè)影響其實(shí)不算大。參考