光电子技术实验_实验七实验报告

光电子技术实验报告

实验七光纤光栅特性与应用

一、实验目的

1.光纤光栅光谱特性实验（透射谱、反射谱）

2.光纤光栅的传感原理（弹光效应、热光效应）

3.光纤光栅的解调方法（边沿滤波法、扫描滤波法）

4.用光纤光栅两种解调方法测量温度、微应变、微位移与微载荷

二、实验原理

见后附预习报告

三、实验装置

实验平台，1550nm宽带光源，多功能悬臂梁，光纤光栅解调仪，隔离器，2*2耦合线，跳线、法兰盘若干等等。

四、实验内容

1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱

2.光纤光栅光谱实验

a)反射谱特性实验

测量波长-反射光强关系，绘制反射谱曲线并求出中心波长

b)透射谱特性实验

测量波长-透射光强关系，绘制透射谱曲线并求出中心波长

3.边沿滤波法实验

a)微位移测量实验

1)绘制光强与微位移关系曲线，应变与微位移关系曲线

2)根据测出的光强估算微位移大小。

4.扫描滤波法实验

微位移测量实验

1)调节悬臂，测量位移与中心波长的曲线，并拟合实验曲线

2)任意调节螺旋测微器位置，根据拟合曲线求出位移。

五、原始数据

后附原始记录数据。

六、数据分析处理

1.用光谱仪观察光纤光栅的反射光谱和投射光谱

实验中用光谱仪观察到反射光谱如下图：

透射光谱如下图：

反射光谱为一窄带谱，仅在波长1549.3675nm附近有较大功率，其余波长段功率接近0。透射光谱则是宽带光谱，但在波长1549.3605nm附近的窄带内功率衰减较大。这与理论结果相符合，即仅中心波长1550nm附近波段被反射，其余波段均透射。

2.光纤光栅光谱实验

a)反射谱特性实验

原始数据见后附，根据实验测得数据，绘制波长-反射光强关系曲线如下图：

由此可得，中心波长约为1549.919nm，与理论数据相符合。

b)透射谱特性实验

原始数据见后附，根据实验测得数据，绘制波长-透射光强关系曲线如下图：

a)微位移测量实验

根据实验数，测量微位移与光强的曲线如下：

选取线性性较好的部分，进行一次拟合，可得到如下公式：

两段线性区拟合公式分别为y=1878.8x-258500.6和y=2096.8x+30727.7

在这段数据中，实测三个位置及其对应光强，根据拟合公式估计位置，如下表：

实验中取4个相近位置分别按照上述方法测量光强-波长曲线，求得4个中心频率，取第1、3、4点拟合直线，如下图：

根据拟合公式，第2点数据的波长估计值应为：

0.14729*15.5+1552.459000=1550.174nm

而实测值为1550.139nm

相对误差为(1550.174-1550.139)/1550.139=0.002%

七、实验总结

这次实验虽然操作较为简单，但数据量很大，合理高效地记录数据以及对这些数据进行恰当处理都是一项考验。就个人理解，从透射角度看，光纤光栅的特性类似于常规通信中的带阻滤波器，而从反射角度看，光纤光栅的特性类似于带通滤波器。通带阻带的中心频率即满足布拉格条件的光的频率。实验过程中也顺带复习了光功率计的使用，在实践中更深地理解了扫描滤波法和边沿滤波法的作用和原理，感谢老师和助教的帮助。