马赫曾德尔调制器优化设计

马赫曾德尔调制器优化设计

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。 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.如果分束器后两路光光强不同，应该使用什么元件改善？ 2.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？

马赫-曾德尔干涉仪的设计

！ 马赫-曾德尔干涉仪的设计 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 , ??,当干涉仪一输入端注入强度为 I (以电场强度 表示为 E)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 1 2 , E E)分别为： 2222 1101212 2222 2201212 cos()sin(2)sin(2)sin(/2) sin()sin(2)sin(2)cos(/2) I E E L I E E L ????β ????β ?? ==++ ?? ?? ==-+ ?? 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0 45，可以得到干涉仪输出端的强度传输系数分别如下：

[ ][]2 1112002 2222001 1cos(2/)21 1cos(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。另外，根据图2，还可以得到一个重要的结论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为12,υυ的光波时，如果二者的频差 21?=-υυυ与干涉仪自由程 F 满足关系式(1/2)?=+K F υ (0,1,2,=???K )，则可以实现两 个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。 2、马赫－曾德干涉仪的滤波原理 马赫－曾德滤波器结构如图3所示： 图3 马赫－曾德干涉仪滤波器原理图 输入光功率i P 经第一个3dB 耦合器等分为1i P 和2i P 两部分，他们分别在长度为1L 和 2L 的光波导中传输后，经过第二个3dB 耦合器合在一起。 ） 设输入光功率i i i P E E *∝?，则输入光的电场强度可以表示为： i t i l E Ae i ω=

【CN110061783A】一种基于双臂马赫曾德尔调制器完成IQ调制的光纤无线传输系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910323593.8 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 中山大学 地址 510006 广东省广州市番禺区中山大 学中东校区光电材料与技术国家重点 实验室 (72)发明人 李凡　冯小慧　李朝晖　 (51)Int.Cl. H04B 10/2575(2013.01) H04B 10/50(2013.01) H04B 10/524(2013.01) H04B 10/61(2013.01) (54)发明名称 一种基于双臂马赫曾德尔调制器完成I/Q调 制的光纤无线传输系统 (57)摘要 本发明涉及光通信技术领域，使用了一个双 臂马赫曾德尔调制器替换了传统的IQ调制器完 成QPSK信号的I/Q转换，并将产生的信号用于光 纤无线系统的传输。本发明在光学基带发射端， 由于替换了传统的IQ调制器，可以将技术成本减 少，有利于未来光子学的集成。信号生成后先经 过40km的单模光纤，再利用了能容纳较大带宽信 号的ka波段(26.5-40GHz)进行5m无线传输，该波 段目前已广泛使用于5G移动通信网络。传输完成 后信号会进行一系列的离线DSP处理，包括频偏 估计、载波相位恢复、直流项的消除、时钟恢复、 色散补偿等，能较好地将QPSK信号恢复。该系统 能够保证较好的误码率， 具有较高的性能效果。权利要求书2页 说明书4页 附图4页CN 110061783 A 2019.07.26 C N 110061783 A

1.一种基于双臂马赫曾德尔调制器完成I/Q调制的光纤-无线传输系统，其主要由光学基带发射机、基站、无线接收端、离线DSP处理4个部分组成，该系统的具体步骤如下所示： 第一部分，在光学基带发射机阶段，将电上产生的双边带20Gbit/s QPSK信号调制到光上： 步骤1:用80Gsa/s的数模转换器(DAC)产生QPSK信号的I路和Q路，信号的长度为8192，其后再分别接入两个线性电放大器(EA)，放大信号的幅值和功率； 步骤2:将经过放大的I路和Q路分别接入双臂马赫曾德尔调制器的信号口，打开外腔激光器(ECL -1)通光，并调整调制器的直流偏置电压，使其达到半波电压点； 第二部分，在基站阶段，用本振光和经过40km传输的信号光进行拍频，产生中频信号，最后进行5m的无线传输： 步骤3:信号光经过40km的传输，与外腔激光器(ECL -2)产生的本振光进行耦合，本振光耦合前需加入偏振控制器(PC)以保证与信号光的偏振态一致； 步骤4:拍频后的中频信号经过可调光衰减器(VOA)控制其输入光电探测器(PD)的功率，保证在0dBm以下，避免打坏PD； 步骤5：信号经过光电转换后，再接入一个EA进行电信号放大，最后再接入Ka波段的号角天线(HA)把信号发射到自由空间； 第三部分，在无线接收端，收下并采集信号： 步骤6：信号经过5m的无线传输后，调整接收端HA的位置和方向，收集信号，并连接到80Gsa/S的示波器，将数据采集下来，以备后续处理； 第四部分，在离线DSP处理阶段，运用多种算法恢复QPSK信号，使误码率低于硬判决前向纠错的门限3.8×103： 步骤7：将采集的信号的进行DSP处理，并不断调整实验装置的可改变参量，例如输入PD 前的功率、无线传输的距离等，计算出相应的误码率，绘制曲线图。且在DSP计算时也可根据性能和延迟的考虑，不断改变直流消除算法中的抽头长度，选取合适的抽头长度。 2.根据权利要求1第一部分的步骤2，用一个双臂马赫曾德尔调制器来完成I/Q转换，其 输出的表达式为： 当I(t)和Q(t)的值很小时，e j*x 部分可用泰勒公式展开： 经过IQ转换后值的近似于sin(x)的泰勒展开，sin(x)的泰勒展开为： 权　利　要　求　书1/2页2CN 110061783 A

10电光调制器解析

第10课：电光调制器（光学BPM） 本课介绍如何制作一个3D模拟的线性电光效应（Pockels效应）改性的材料。参考波导设计[1]如图1所示。本节中，该波导被创建时，电位被施加到电极上，并将结果进行比较，参考文献[1]。 图1：这是参考1图2，绘制倒挂。该波导是一个“底- 删除”的设计，使包层是BCB，用胶水波导到另一个基板，未显示的聚合物。这种安装暴露AlGaAs敷层在空气中，并在背面电极蒸发那里。 所有的长度都在微米。

OptiBPM中有另一个，老年人，电光模块。此遗留功能是专门三个共面的电极上扩散电极在铌酸锂中使用时。参见第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。如果不需要你想要的符合模型，以这种特定的情况下，系统，以及有关电极阻抗的信息，你可能要考虑所描述的电极区域功能第14课：马赫-曾德尔干涉仪开关。对于所有其他电光模拟，在本教程中所描述的功能应该被使用。 在这个例子中的材料系统是砷化铝镓。脊结构形成波导和支持TE 和TM波，虽然只有TE模式被激发在我们的例子。电极是金属和不显著相交的引导模式。当电极有电势差时，大多垂直电场出现在支持光模的材料。的材料的折射率由electo光效应略有修改。的影响小，但它可以使在光学波的相位的显著差异传播很长的距离后，1厘米的顺序。根据文献[1]，采用17.8 V该顶面和背面电极之间的电位差应在波导的基本模式1厘米传播后，引起皮的相位变化。

为了使模拟电压依赖性光学相移项目，请按照下列步骤。一个完成的项目可以在教程Samples目录中找到名为 Lesson10_ElectroOptic.bpd。 建议您已经完成了第1课：入门。这也是一个好主意，已经完成了第9课：创建一个芯片到光纤对接耦合器为好，以熟悉无电光效果的3D BPM模拟问题。 定义介质材料 步行动 1 在新的项目中，打开配置文件设计，并在科材料/绝缘创建砷化镓一种新材料。命名材料GaAs155，并在新材料的二维和三维各向同性选项卡中输入的3.421076的折射率。折射率的这个值是从参考文献2。砷化镓电光张量具有非零分量R41 = R5 2 = R63在晶体中的坐标系。但是，该设备的波导轴旋转时在XZ平面上由45°相对于晶轴，使垂直（平行于Y）的静电场由电光系数等于R41影响到在TE模式。在这个项目中，我们将模拟一个TE模式，因此进入R41系数为RV，垂直电光系数。（选择的电子光学效应的复选框）的电场的水平部分不影响水平偏振的TE模式，所以相对湿度应该被设置为零。

InP基矩形马赫—曾德尔高速电光调制器行波电极设计与测试.doc

InP基矩形马赫—曾德尔高速电光调制器行波电极设计与测试随着光互连正逐步取代传统的电互连,光通信器件正朝着小型化、低能耗、高集成度的方向发展。电光调制器作为光子集成芯片中不可缺少的基本元件,由于受到传统波导耦合器尺寸较大的限制,以及电光相互作用效率低导致调制臂较长的原因,难以进一步减小片占面积和提升集成度。因此本文在InP基衬底上设计一种基于沟槽型耦合器和90°弯曲波导配置的,马赫-曾德尔电光调制器,提 出一种T型类微带行波电极结构,该结构既可减小高频电信号传输损耗,提高带宽,又方便了器件晶圆级在线测试。 利用深刻蚀的波导可以将光波较好地限制在量子阱有源区,因而获得电场和光场相互作用较大的重叠因子,进一步减小片占面积。本文首先介绍了调制器器件结构以及外延生长的各层材料,设计了T型类微带行波电极结构,包括传输区、过渡区和输入输出区。之后运用散射参量S、传输线理论分析计算了行波电极的微波特性,如阻抗匹配、回波损耗以及带宽性能,这也是电极关键的性能参数。 利用电极的等效电路估算了调制器带宽上限,但是受限于材料本身调制能力约70 GHz的限制。对电极的传输、输入和输出以及过渡区的结构参数,使用有限元仿真方法优化设计。仿真结果表明设计的整体行波电极具有匹配阻抗大于42?,回波损耗小于-15 dB,带宽可达65GHz的高性能参数。 在InP衬底上制备了行波电极,用网络分析仪测量其S参数,由于仪器带宽的限制,测试电极得到回波损耗-12dB和带宽至少达到20GHz的最优性能,同时也验证了上述仿真方法的有效性。本论文设计的G-S-G同高度类微带行波电极具备器件晶圆级在线测试的要求,该器件获得片占面积40μm×40μm的高效紧凑的尺寸,满足高度集成、低能耗、高速调制等要求的同时,器件版图可向二维方向配置

LiNbO3马赫曾德调制器..

LiNbO3马赫曾德调制器在信号调制中的应用 电子信息工程学院 110421305 刘继鹏 摘要：铌酸锂马赫曾德调制器是目前广泛使用的波导型光调制器件。本文从原 理和应用两个方面对马赫曾德调制器进行分析研究，并且对由马赫曾德调制器调制的各种码型信号进行了软件仿真，通过仿真结果验证其可行性，最后给出了应用于大容量DWDM 光通信系统的载波抑制归零－差分相位键控（CSRZ-DPSK）信号的实现和特点。 关键词：LiNbO3马赫曾德调制器，NRZ，RZ，ASK，CSRZ-DPSK 1. 引言 调制器是产生光信号的关键器件。在TDM 和WDM 系统的发射机中，从连续波（CW）激光器发出的光载波信号进入调制器，高速数据流以驱动电压的方式迭加到光载波信号上从而完成调制。 在网络容量呈指数增长和全球一体化的驱动下，光通信系统正朝着大容量高速率长距离传输的方向快速发展。而调制器的性能和效率首要的决定着光通信系统能否实现这个目标。近年来，由于铌酸锂（LiNbO3）波导的低损耗、高电光效率等特性，铌酸锂在2.5Gb/s 及更高速率的光调制器中得到越来越广泛的使用。基于马赫曾德波导结构的LiNbO3 调制器（简称LiNbO3 马赫曾德调制器）更是以其啁啾可调，驱动电压低以及带宽大等优点成为光通信系统中使用最广泛的高速调制器。本文从原理和应用两个方面对马赫曾德调制器(MZM)进行分析讨论。 2. 马赫曾德调制器的原理 马赫曾德调制器是基于马赫曾德干涉原理的波导型电解质光调制器件。其结构示意下图所示 图1 马赫曾德调制器的结构示意图

在马赫曾德调制器中，输入的光信号在Y 分支器(3dB 分束器)上被分成振幅和相位完全相同的两束光，并且随着光波导在上下两支路上进行传输。如果两平行臂完全对称，在不加调制电压时，两支路光束在输出Y 分支器内重新合并成与原输入光信号相同的光束，单模波导输出。如果在调制区上加调制电压，则由于等离子体色散效应，光波导折射率发生改变，从而使得两平行臂中两束光的相位发生改变。设两臂相位差为Δφ，当Δφ为０°（相移为0）时，则光束在输出Y 分支器内发生相长干涉，此时得到代表逻辑‘1’的“开状态”信号；当Δφ为180°（相移为π）时，光束在输出Y 分支器内发生相消干涉，此时得到代表逻辑‘0’的“关状态”信号。这样，通过对调制电压进行调节可以产生不同的信号，从而实现对信号的编码。 在输出端的Y 分支器的信号可以用如下公式表示： (1) 习惯上使用信号光强来表示马赫曾德调制器的传输特性： (2) 这里E o 和E i 分别表示光波的输出电场和输入电场，V(t)是驱动电压（包括直流偏置和电调制信号）， Vπ是半波电压，用于产生光波的π相位偏移。 3.马赫曾德调制器的应用 由于马赫曾德调制器的传输特性是余弦曲线形式的，如下图所示，则调制器可以被偏置在不同的区域并且驱动信号可以层叠在偏置电压上。通过调节偏置电压和驱动信号可以产生NRZ-ASK/NRZ-DPSK 信号，RZ-ASK/RZ-DPSK(包括载波抑制RZ-DPSK)信号等。

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,??,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： 2 2 22 11012122222 2201212cos ()sin(2)sin(2)sin (/2)sin ()sin(2)sin(2)cos (/2)I E E L I E E L ????β????β??==++????==-+?? 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：

[][]2 1112002 2222001 1cos(2/)21 1cos(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。另外，根据图2，还可以得到一个重要的结论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为12,υυ的光波时，如果二者的频差 21?=-υυυ与干涉仪自由程 F 满足关系式(1/2)?=+K F υ (0,1,2,=???K )，则可以实现两 个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。 2、马赫－曾德干涉仪的滤波原理 马赫－曾德滤波器结构如图3所示： 图3 马赫－曾德干涉仪滤波器原理图 输入光功率i P 经第一个3dB 耦合器等分为1i P 和2i P 两部分，他们分别在长度为1L 和 2L 的光波导中传输后，经过第二个3dB 耦合器合在一起。 设输入光功率i i i P E E *∝?，则输入光的电场强度可以表示为： i t i l E Ae i ω= 其中l i 表示光的偏振方向上的单位矢量。经过第一个3dB 耦合器将输入光分成两束，每

马赫-曾德尔干涉仪的设计

马赫-曾德尔干涉仪的设计 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,??,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： 22 22110121222222201212cos ()sin(2)sin(2)sin (/2)sin ()sin(2)sin(2)cos (/2)I E E L I E E L ????β????β??==++????==-+?? 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：

[][]21 112 00222220011cos(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。另外，根据图2，还可以得到一个重要的结论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为12,υυ的光波时，如果二者的频差 21?=-υυυ与干涉仪自由程F 满足关系式(1/2)?=+K F υ (0,1,2,=???K )，则可以实现两 个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。 2、马赫－曾德干涉仪的滤波原理 马赫－曾德滤波器结构如图3所示： 图3 马赫－曾德干涉仪滤波器原理图 输入光功率i P 经第一个3dB 耦合器等分为1i P 和2i P 两部分，他们分别在长度为1L 和2L 的光波导中传输后，经过第二个3dB 耦合器合在一起。 设输入光功率i i i P E E *∝?，则输入光的电场强度可以表示为： i t i l E Ae i ω= 其中l i 表示光的偏振方向上的单位矢量。经过第一个3dB 耦合器将输入光分成两束，每

马赫—曾德(M—Z)光纤干涉实验

马赫—曾德（M—Z）光纤干涉实验 随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。传感器定义：能感受规定的被测的量，并按照一定规律转换成可用的输出信号的器件或装置称为传感器。 光纤传感器有两种，一种是通过传感头(调制器)感应并转换信息，光纤只作为传输线路：另一种则是光纤本身既是传感元件，又是传输介质。光纤传感器的工作原理是，被测的量改变了光纤的传输参数或载波光波参数，这些参数随待测信号的变化而变化，光信号的变化反映了待测物理量的变化。 以光纤取代传统马赫—曾德 (M-Z)干涉仪的空气隙，就构成了光纤型M-Z干涉仪，如图1所示。这种干涉仪可用于制作光纤型光滤波器、光开关等多种光无源器件和传感器，在光通信、光传感领域有广泛的用途，其应用前景广阔。 图1 光纤型M-Z干涉仪 一、实验目的 1、了解马赫—曾德M—Z干涉的原理和用途；实验操作调试M—Z干涉仪并进行性能测试。 2、了解压力传感的原理，操作光纤压力传感原理实验。 3、了解温度传感的原理，操作光纤温度传感原理实验。 二、实验仪器用具 He-Ne激光器1套；光纤M-Z干涉仪1套；633nm单模光纤1根；光纤切割刀1套等。

三、M-Z干涉仪原理实验 1、原理 光纤型M-Z干涉仪实际上是由分束器构成。当相干光从光纤型分束器的输入端输入后，在分束器输出端的两根长度基本相同的单模光纤会合处产生干涉，形成干涉场。干涉场的光强分布(干涉条纹)与输出端两光纤的夹角及光程差相关．令夹角固定，那么外界因素改变的光程差直接和干涉场的光强分布(干涉条纹)相对应。 2、实验操作 (1)按图2所示仔细将光耦合进光纤分束器的输入端，此时可用光能量指示仪监测，固定好位置；精心调试分束器输出端两根光纤的相对位置，使其在会合处产生干涉条纹。 (2)固定调试好的相对位置，分析观察到的现象。 图2 聚光器件耦合原理示意图 四、光纤压力传感原理实验 1、原理 M—Z干涉仪型传感器属于双光束干涉原理，如图3所示。由双光束干涉的原理可知，干涉场的干涉光强为： ∝ I ) + 1(δ cos δ为干涉仪两臂的光程差对应的位相差，δ等于2π整数倍时为干涉场的极大值。压力改变了干涉仪其中一臂的光程，于是改变了干涉仪两臂的光程差，即位相差，位相差的变化由按上式规律变化的光强反映出来。 2、实验操作 本实验中传感量是压力，压力改变了光波的位相，通过对位相的测量来实现对压力的测量。具体的测量技术是运用干涉测量技术把光波的相位变化转换为强度(振幅)变化，实现对压力的检测。操作方案采用光纤干涉仪进行对压力传感的测量，利用干涉仪的一臂作参考臂，另—臂作测量臂（改变应力)，配以检测显示系统就可以实现对压力传感的观测。本操作只对压力引起光波参数改变作定性的干涉图案的变化观测。详细的量化可参考专门资料。