MZ(马赫曾德)调制器偏置点控制器(任意点稳定)

铌酸锂将主导40G调制器

铌酸锂将主导40G调制器市场 40Gb/s传送系统面世伊始所遭遇的众多技术问题现在都已经得到解决。其中推动DWDM 网络向40Gb/s传送速率升级的关键因素之一便是光信号产生技术的进步。 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，高速数据流将迭加到光载波信号上从而完成调制。 近些年来，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（MZ）波导结构的LiNbO3行波调制器已经成为现有系统中使用最广泛的调制器。 LiNbO3调制器通常分为X切和Z切两种规格，各有优缺点。前者的主要优点在于工作时无啁啾产生，因而发送机设计比较简单；后者的主要优点是驱动电压较低、带宽较大。传统观点认为，与Z切调制器相比，X切调制器由于带宽和电光系数的限制，不适用于10Gb/s以上的调制。 即便如此，CorningOTI(现为Avanex)的调制器研究组仍然提出了用于40Gb/s传送系统的X切调制器设计技术方案。通过多个高比特率传送系统的实验，我们发现，与其它基于LiNbO3的技术相比，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器能够在更高比特速率上支持性能更高、成本更低的传送技术方案。X切调制器已经通过了包括Mintera公司在内众多系统实验室的40Gb/s传送实验的验证。 在去年三月的OFC2003上，Mintera公司的10,000km、40Gb/sDWDM传送演示系统使用的就是X切调制器。Mintera公司评价说，单驱动的X切LiNbO3MZ调制器适用于需要

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=

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。

PZT型相位调制器1

OPE A K ? PZT-LSM 型相位调制器是一款光纤缠绕在压电陶瓷（PZT ） 上，利用PZT 压电效应所构成的相位调制器件，采用独特的多层缠绕方法，使得该产品具有高稳定性、高速调制特性，可选配多种类型光纤（见订购信息），可应用于开环相位调制解调、可变光纤延迟线、光纤干涉仪、＆ OTDR 、光纤震动校准等光学传感领域。该模块外形紧凑小巧，方便客户进行系统集成。低的电压驱动能力，适用于标准信号源驱动能力。 ? 极小封装尺寸。 ? 多种光纤类型可选（SM/PM ）。 ? 高速调制速率。 ? 低电压驱动能力。 ? 独特缠绕方式。 应用领域 ? 光学（光纤）干涉仪 ? 相位调制器 ? 光纤延迟线 ? ＆OTDR ? 光纤传感

测试图谱 性能参数 最小值 典型值 最大值 备 注 1注：插入损耗在单模时含连接器损耗，保偏时不含连接器损耗。 性能指标 图1搭建等臂长马赫曾德干涉仪测试图谱 测试数据 图2 驱动频率29KHz 时，驱动电压与光纤膨胀量

订购参数 ESD Protection The laser diodes and photodiodes in the module can be easily destroyed by electrostatic discharge. Use wrist straps, grounded work surfaces, and anti-static techniques when operating this module. When not in use, the module shall be kept in a static-free environment. Laser Safety The module contains class 3B laser source per CDRH, 21CFR 1040.10 Laser Safety requirements. The module is Class IIIb laser products per IEC 60825-1:1993. 外形尺寸

14.马赫 - 曾德尔干涉仪开关

第14课：马赫- 曾德尔干涉仪开关（光BPM） 本课程概述了基于集成马赫- 曾德尔干涉仪电光2×2开关的设计过程。 电光开关是在集成光学纤维所用的设备。该装置是基于马赫- 曾德尔干涉仪由钛扩散的铌酸锂基片制成。端口之间的切换是通过这样的结构中的电- 光效应来实现。电压，施加到沉积在集成的Mach-Zehnder干涉仪的电极上，产生在基片内的电场分布，这进而改变其折射率。如果设计得当，则引起的变化的折射率导致各个端口之间不同的耦合。 设计步骤 o的电路布局的CAD设计 o电极区域的定义 o一个输入字段和模拟运行的定义 在您开始这一课 o熟悉在第1课的程序：入门。

该程序是： o定义材料 o创建钛扩散轮廓 o定义晶圆 o创建设备 o限定电极区 o限定所述输入平面和仿真参数 o运行模拟 o创建一个脚本 该电路的CAD设计 我们假设集成开关铌酸锂晶体的Z切的晶片上创建，并通过空气包层围绕。该设备是沿着铌酸锂晶体的Y光轴取向。因此，我们需要定义为在基片和介电材料为包层中的扩散材料。 定义材料 步行动 1 打开在一个新的项目布局设计。的初始属性对话框出现。

2 单击配置文件和材料。 该配置文件设计器中打开。 3 在配置文件设计，创建以下漫射材料：水晶名称：Lithium_Niobate 水晶切割：? 传播方向：? 4 创建下面的电介质材料：产品名称：空气 折射率（回复）：1.0 创建钛扩散轮廓 的马赫- 曾德尔干涉仪的波导是由钛的扩散的铌酸锂基片创建。我们将只需要一个钛扩散简介： 步行动 1 在配置文件设计，创建以下配置文件：配置文件名称：TiLiNbO3 Pro1的 2 选择I组面板 横向扩散长度，输入3.5 深度扩散总长度，输入4.2 3 关闭配置文件设计的布局设计出现。

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

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

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。

光纤马赫-曾德干涉

马赫-曾德光纤干涉实验 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种新型传感器,它是光纤和光通讯技术迅速发展的产物。光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)是一种功能型光纤传感器,它在光纤技术中常用作相位、频率等的调制解调器。 一、实验目的 1．学习光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉原理 2．掌握利用马赫-泽德光纤干涉仪对压力和温度的测量。 二、实验器材 OFKM-Ⅳ型多功能全光纤干涉仪，He-Ne 激光器 三、实验原理 1．光纤传感器基本工作原理 光纤 马赫-曾德（Mach-Zenhder ） 干涉仪结构与原理如图 1所示。光源发出的光经过耦合器（DC1），将光束一分为二，光纤一臂为信号臂，另一臂为参考臂。经过耦合器 DC2 进行干涉，干涉光照到探测器上，光强表达式分别为 )(cos 1t B A I Φ+= （1） )(cos 2t B A I Φ-= （2） 在通过对干涉信号相位的获得来推知作用在信号臂上的外界物理量的变化。 2．马赫-曾德光纤温度传感器工作原理 激光束从激光器发出后经分束器分别送入长度基本相同的两条光纤, 而后将两根光纤输出端汇合在一起,产生干涉光, 从而出现了干涉条纹。当一条光纤臂温度相对另一条光纤臂的温度发生变化时, 两条光纤中传输光的相位差发生变化, 从而引起干涉条纹的移动。干涉条纹的数量能反映出被测温度的变化。光探测器接收到干涉条纹的变化信息, 并输入到适当的数据处理系统, 最后得到测量结果。 长度为 L 的光纤中传播光波的相位Φ nL k 00+Φ=Φ （3） 其中0Φ 为光进入光纤前的初始相位， 0k （00/2λπ=k ，0λ为真空中波长）为传播常数, n 为光纤的折射率;L 为光纤的长度。 图1 光纤Mach-Zenhder 干涉仪原理图

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--曾德干涉

编号： 06 __ 贵州民族大学 Guizhou Minzu University 《基础光学》课程论文 论文题目： 马赫--曾德干涉光路夹角对 干涉条纹粗细影响的探究 学院(系)： 信息工程学 院 专 业： 光信息科学与技术 年 级： 2011级 姓 名： 汪灿 学 号： 201107040014 完成时间： 2013年 6 月 13 日

马赫--曾德干涉光路夹角对干涉条纹粗细影响的探 究 汪灿 摘要：本文对马赫--曾德干涉严格等光程的调节以及讨论两束光夹角 与干涉条纹之间存在决定关系和光路夹角 对干涉条纹粗细影响。 关键词：马赫-曾德干涉、等光程、光路夹角 马赫-曾德干涉法原理 马赫-曾德干涉法属于分振幅法，其光路图如图（a）所示。 （a）马赫-曾德干涉光路示图 由激光器发出的激光通过扩束器和准直镜后变成平行光，该平行光经半透半反镜P1后被分成两束光，分别由两个反射镜射向另一个半透半反镜P2，最后到接收系统。光束在接受系统上形成等距直线干涉条纹。

它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后达反射镜M1，经过其再次反射并透过另一个分束镜，这是第一束光，另一束透过分束镜M2，经反射镜及分束镜P2两次反射后射出，这是第二束光。在最后块块分束镜前方两束光的重叠区域放上收受系统。马赫-曾德干涉搭建装置如下图(b)所示实物图 . 实物连接图 （b）马赫-曾德干涉实物图 实验仪器 所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面、接收系统（白屏）和光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子等。

RSoft 仿真软件指导书

RSoft 仿真软件指导书 RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够适用于各种不同要求场合。本课程主要使用RSoft算法集中的BPM算法对光波导和简单光波导器件进行仿真计算，从而对光在波导中的传输有一定得了解。 一、软件CAD界面： 下载网站上的压缩包，解压缩后运行C:\Program Files\RSoft\bin文件夹中的bcadw32.exe，即出现如下图所示的CAD界面。此界面是定义波导结构和下一步计算的前提。 二、单根波导的仿真： 在软件中，点击左上角的”New Circuit”按钮，如图所示。

点击后弹出基本设置对话框，波导的一些基本特性参数需要在此设定。我们模拟目前光通信系统中应用最为广泛的掩埋型二氧化硅波导（channel型）。波导横截面的尺寸结构为6um*6um，芯层折射率为1.465，包层折射率为1.455（包层和芯层的折射率差为0.01），通信波长为1.55um。基本参数的设定如下图所示（注意，软件中关于长度的单位均为um）：

设置完毕后点击”OK”，进入CAD界面。

首先画一根直波导。点击”Segment mode”（新建文件时默认就是此模式），如上图红圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一处单击鼠标左键，在任意另一处再单击左键，即可画出一条波导，如下图所示。

到目前为止，画出的波导是任意的，我们还需要对它进行设置，满足我们设计的要求。将鼠标移动至波导上（红色区域上），再单击鼠标右键，会弹出波导的设置菜单。由于我们只需要仿真普通的直波导，所以大部分设置保持默认即可。主要需要调整波导的位置。在RSoft 软件中，波导位置是由首尾两个坐标确定的，并且BPM计算的光是只沿着z轴传播（即竖直方向），这个是需要特别注意的。具体设置见下图。

1马赫--1曾德干涉仪及全息光栅的制作

马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作 [引言] 马赫---曾德干涉仪是在雅满干涉仪的基础上发展起来的。在雅满干涉仪中，两块玻璃板的前表面起到分光板的作用，而后表面则起到反射镜的作用，分光板和反射镜不能单独进行调节，而且两束光的间隔为玻璃板的厚度所限定。为克服这些局限性，马赫和曾德使用了四块玻璃板，于是马赫---曾德干涉仪诞生了。 [实验目的] 1．熟悉所用仪器及光路调整，观察两束平行光的干涉现象。 2．观察全息台的稳定性。 3．了解全息光栅的原理，学习制作全息光栅。 4．熟悉读数显微镜的操作过程。 [基本原理] 在下图的光路中，波长为λ的激光束经扩束准直后，通过两个反射镜和两个半反半透镜组成的马赫---曾德干涉仪可以得到两束光程和强度都接近而且夹角易于调节的平行光束。在光束的重叠区将产生干涉条纹。在干涉区将放置感光板经适当曝光、显影、定影，将得到一个正弦光栅。当两束光的夹角θ不是太大，在垂直于两束光夹角平分线的平面上干涉条纹的间距θλ≈ d ，从而光栅的空间频率为λθν==d 1。 图二 马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作原理图 干涉面

1 如果在同一底板上相继进行两次曝光，使分别对应于两束光夹角略有差别的两个数值1θ和2θ，那么得到的将是叠加在一起的两个正弦光栅，他们的空间频率分别为1ν和2ν。这样的光栅称为复合光栅。复合光栅上呈现的明暗相间的粗条纹称为摩尔条纹，它是两个正弦光栅的差频形成的，摩尔条纹的空间频率1221νννν?=-=m 。 当两束平行光束夹角不是太大时，利用焦距f 已知的凸透镜测量这两束平行光束在透镜后焦面汇聚的两个光点距离0x ，可近似求出它们的夹角f x 0=θ，从而在与这两束平行光束夹角平分线垂直的平面上制作的正弦光栅的空间频率为λνf x 0=。反之若要制作空间频率为ν的正弦光栅，可适当调节两束光的夹角，使0x 满足要求。 [仪器用具] 氦氖外腔激光器及电源，空间滤波器，傅里叶变换透镜，分光镜两块，加强铝反射镜两块，干板若干，读数显微镜，暗室设备。 [实验内容] 1．光路调节 利用小孔光阑为参照物，通过调节激光器俯仰偏转，保证激光细束与光学平台台面平行。参照光路图，先将激光扩束准直，得到平行光束，利用平晶检查平行光束的质量。然后构建马赫---曾德干涉仪，为得到更大的有效通光孔径，可将马赫---曾德干涉仪双臂摆放成“平行四边形”。 2．调节马赫---曾德干涉仪，制作空间频率mm 70≈ν的正弦光栅。 3．利用读数显微镜测量所要制作光栅的空间频率。 4．自己设计不同空间频率的复合光栅，观察摩尔条纹。 [思考题] 1．如何调好光路？应注意些什么问题才能得到清晰的全息光栅？ 2．使用读数显微镜应注意哪些问题？

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。

基于马赫曾德干涉仪的传感器应用

基于马赫曾德干涉仪的传感器应用

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 基于马赫曾德干涉仪的传 感器应用 课程名称：近代光学创新实验 院系：航天学院 专业：电子科学与技术 姓名： 学号：

哈尔滨工业大学 1 马赫曾德干涉仪的原理 马赫曾德干涉仪原理图如图1所示。结构上，马赫曾德干涉仪主要由2个3dB耦合器和2段光纤L1和L2组成，其中L1称为信号臂，L2称为参考臂。光源发出的光经耦合器1时被分成2束，一束经过信号臂L1，一束经过参考臂L2，然后在耦合器2处发生干涉，在输出端观察干涉图样。经过传输矩阵法分 析可得输出端的光强为 )) ( cos 1( 2 1 t a I I? + = ， )) ( cos 1( 2 2 t a I I? - = [1]。 图1 马赫曾德干涉仪的结构 2 非平衡马赫曾德光纤干涉仪传感器的原理 来自激光器的光束经透镜准直后在耦合器1上分成光强相同的两束光，两光分别经信号臂和参考臂在耦合器2相遇产生干涉光，并出现干涉条纹。当信号臂光纤因温度、应力等原因相对另一条参考臂光纤发生变化，引起传感臂光纤的长度、折射率变化，从而使传感臂传输光的相位发生变化，产生干涉条纹移动。由于干涉条纹的数量可以反映出被测量,通过光探测器接收到干涉条纹的变化信息，并输入到数据处理系统，即可得到测量被测量的目的。 3 马赫曾德干涉仪传感器的应用 光纤传感器是伴随着光导纤维及光通信技术的发展而逐步形成的，与传统

的传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。光纤传感器就是利用光纤将待测量在光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光波信号进行解调检测。光纤传感器就调制方式来分有波长调制型、相位调制型、偏振态调制型等，其中马赫曾德干涉仪传感器属于相位调制型传感器[1]。各种光纤传感器中，马赫曾德干涉仪由于有抑制光源噪声和模式噪声的特点，在高精度测量中越来越受到重视[2]。马赫曾德干涉仪传感器主要是应用于温度和应力传感，由于温度变化可有电流、电压的变化引起，应力的变化可由磁场、电场引起，故马赫曾德干涉仪传感器也可以应用于磁场、电流、电压等领域的传感。 3.1 基于马赫曾德干涉仪的温度传感器 利用全光纤马赫-泽德干涉仪设计温度传感器的原理图参见图3。由激光器发出的相干光，经分束器分别送入两根长度相同的单模光纤。其中，参考臂光纤不受外场作用，信号臂放在需要探测的温度场中。同时，采用两个不同焦距的透镜以增强光的耦合程度。依据马赫曾德干涉仪的原理，由两个光纤出射的两个激光束在耦合出口处发生干涉，产生干涉条纹，经传感器接收后将温度变化时干涉条纹的变化规律传输到监视器，通过测量此干涉效应的变化，即可确定外界温度的变化[3]。 图3 全光纤马赫-曾德干涉仪温度传感器原理图

实验报告 马赫 曾德干涉仪

实验报告马赫曾德干涉仪 实验报告马赫-曾德干涉仪2011-03-17 11:20 P.M.班级08级物理系*班组别 _1_ 姓名_Ayjsten_学号1080600* 日期_ 2010.03.02指导教师_ _ 【实验题目】马赫-曾德干涉仪 马赫-曾德干涉、针孔滤波器、相干长度。 【实验目的】 1.熟悉所用仪器及光路的调节，观察两束平行光的干涉现象。 2.观察全息台的稳定度。 3.通过实验考察激光的相干长度。 【实验原理】 针孔滤波器 激光从发出，经过各种透镜的反射折射，会产生很多杂散光，如光学元件表面本身不够平整，表面落有灰尘等，而激光的干涉性又好，元件表面的问题导致激光产生大量散射光。针孔滤波器原理图见图?，如图所示，聚光镜汇聚光的同时还产生很多散射光，而这些散射光的光线与没有受到干扰的光束的方向不同，只有没有受到干扰的光束才能通过针孔，从而过滤掉了其他的干扰光。针孔的直径很小，一般约，从针孔后面看，就可以把它当做一个能产生球面波接近理想的光源。这对于光学研究有重要的意义。 全息工作台 基本要求是工作台的稳定性要好。振动的一般来源是地基的震动，所以必须对全息台进行减震处理。专用全气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂

箱、微塑料、气垫和重的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。记录全息图时，室内不要通风，工作人员不要大声讲话并与工作台保持较远的距离。 如全息记录时，物光和参考光交角为θ，干板中央处的干涉条纹间距为 d=λ/sinθ(λ为激光波长)。如果干板以大于d/2的振幅上下震动，则明暗部分将混乱。所以在记录全息的过程中，工作台的稳定性必须考虑。 马赫-曾德干涉 马赫-曾德干涉是用分振幅法产生双光束以实现干涉的干涉仪。具体光路图见下图?所示。 马赫-曾德干涉中，在分束镜2处汇聚的两路激光一般是存在一个夹角的，调整分束镜2使夹角减小，则白屏上观察到的干涉就更明显。由分束镜分开后的两路光路长度，要求是等长的。若相差超出实验用的激光器的最大相干长度，则不能出现干涉。同样，相差越小，干涉现象就越明显。用这个性质可以粗略地估计实验中使用的激光器发出的激光的最大相干长度。 【实验仪器】 He-Ne激光器、反射镜X3、真空滤波器、准直镜、分束镜X2、白屏、高度尺、擦镜纸、米尺。 观察光学基本元件，通过教材的介绍学习了解各种光学元件的使用方法和工作原理。 1.将所用的光学元件的基本光路摆好。 2.打开He-Ne激光器，观察高度尺上激光亮斑的位置。改变高度尺与反射镜间的距离，若亮斑在尺上的位置发生改变，调节He-Ne激光器和反射镜的角度。重复上述步骤，直到尺上的位置保持不变为止。 3.移走高度尺。在反射镜前适合的位置摆放针孔滤波器。在针孔滤波器后较近的位置放置白板，在反射镜后面摆放尺寸较大的白板。