全光纤马赫-曾德尔干涉仪输出特性研究
马赫_曾德尔光纤干涉仪的研制及应用
马赫-曾德尔光纤干涉仪的研制及应用张洪喜(中国电子科技集团公司第41研究所,山东青岛266555) 摘 要:介绍了作者在测量单纵模激光器线宽参数的过程中,研制的马赫-曾德尔光纤干涉仪,并给出了实验结果。
关键词:单纵模激光器;线宽;光纤干涉仪;偏振中图分类号:T H744.3 文献标识码:B 文章编号:1002-6061(2006)01-0029-02The Development and Application of Fiber -optic Mach -Zehnder InterferometerZHANG Hong -x i(T he 41st Institute of CE TC,Qingdao 266555,Chin a)Abstract :T his paper int roduces t he development of f iber-optic M ach-Zehnder int er ferom et er dur ing measuring linewidth paramet er of sing le -frequency l asers ,and t he exper im ent r esult has been g iv en .Key words :sing le-frequency l asers;l inewidt h;f iber -o pt ic int erferom et er;polarizat ion收稿日期:2005-05-13;收修改稿日期:2005-06-23作者简介:张洪喜(1973-),男,工程师,在职工程硕士研究生,主要从事光电子计量及课题研究等方面的工作。
0 引言马赫-曾德尔光纤干涉仪用于单纵模激光器线宽参数的测量。
通过使用自零差技术,光纤干涉仪将光相位偏移或光频率偏移转换成强度变化,这种变化经过光波信号分析仪接收、处理,即可得出被测单纵模激光器的线宽值。
双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性
Temperature characteristic of in fiber Mach Zehnder interferometer using twin core fiber
F AN Lin y ong , JIANG Wei w ei, ZH AO Rui f eng, PEI Li, JIAN Shui sheng ( K ey L aborator y of A l l Op ti cal N etw or k & A dvanced T el ecommunicati on N etw or k of the Mi ni str y of Educati on , I nsti tute of L ig ht w ave T echnol ogy , Bei j i ng J iaot ong Univ er sity , Beij ing 100044, Chi na)
近来, 有 许多内嵌式光纤马 赫 曾德尔干涉 仪 ( M ach Znhnder Int erf eromet er , M ZI) 用 于光 纤温度传感的报导[ 7 12] 。这种类型的光纤温度传 感器主要基于两个或多个传导模式的干涉原理, 在其结构中一般都有起到分束和合束作用的组成 部分。这些分束与合束的组成部分可以是多模光 纤( M ult i Mo de F iber, M MF ) [ 7 8] 、 光子晶体光纤 ( Phot onic Cryst al F iber, PCF )
( 北京交通大学 光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室 , 北京 100044)
摘要 : 对适用于温度传感的双芯光纤马赫 曾 德尔干涉仪进行了研 究 , 并 通过将 一根单 模双芯 光纤熔接 在两根 单模光 纤 之间 , 制得了双芯光纤马赫 曾德尔干涉仪 型梳状 滤波 器。用干 涉原理 分别 分析了 该器 件传 输谱的 自由 空间谱 宽与 波 长、 双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率 差的关系 , 实验检测了它的温度特性。结果显示 , 随着温度的升 高 , 该器 件 的传输谱发生红移。在相同温差下 , 不同 波长处 的波长漂 移值不 同 , 短 波长处 波长漂 移较 小 , 长波长 处波 长漂移 较大。 在固定波长处 , 该器件的传输谱的波长漂移实 验数据与温度变化具 有较好的二 次曲线关 系。该器件的 温度灵 敏度和 波 长有关 , 不同波长处灵敏度不同 ; 固定波长处 , 灵敏度与 温度成正比。另外 , 通过对单模光纤与双芯光纤熔 接处的拉锥 处 理 , 可以有效降低所制器件的插入损耗。实验制得了插 入损耗约为 7 dB 的梳 状滤波 器 , 其 体积小、 制作 容易、 与光纤 系 统具有良好的匹配性 , 可应用于光纤温度传感 。 关 键 词 : 温度传感 ; 光纤传感 ; 马赫 曾德尔干涉仪 ; 双芯光纤 ; 梳状滤波器 文献标识码 : A doi: 10. 3788/ O PE. 20111901. 0001 中图分类号 : T N253
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。
马赫_曾德尔干涉仪的应用研究_陈勇
［7］ FENG S，XU O，LU S，et al． Switchable multi-wavelength erbiumdoped fiber lasers based on a Mach-Zehnder interferometer using a twin-core fiber［J］． Chin Phys Lett， 2009，26( 6) : 064-208．
法分析可得输出端的光强为
I1
=
I0 2
（
1
+ αcosφ（ t） ）
（ 1）
收稿日期： 2012-11-01
I2
=
I0 2
（
1
－
αcosφ（
t）
）
（ 2）
图 1 M-Z 干涉仪的结构
2 M-Z 应用于传感解调
解调系统是整个传感系统的核心，解调是指通
过检测信号波长的偏移量来检测被测参数的变化，
图 2 为 M-Z 干涉仪用于传感解调的系统图。
后，在输出 的 探 测 器 上 可 观 察 到 干 涉 条 纹 的 移 动，
从这个移动中就能获得待测环境中物理量的变化。
图 3 为全光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度传感图。
恒温箱作用于传感臂 L1，改变干涉仪中干涉光
的相位，引 起 输 出 光 强 的 变 化，反 映 到 干 涉 谱 上 就
是波长的漂移，通过测量波长的漂移进而得到温度
［2］ JIA Zhenan，LI Li，QIAO Xueguang，et al． Study on ASE gain flattening filter based on all-fiber M-Z interferometer［J］． Journal of Optoelectro-nics·Laser，2010，21 ( 1) : 1-4．
试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B,干板中央处的干涉条纹间距为d=X /sin 9 （入为激光波长）。
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。
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究光纤马赫-曾德尔干涉仪(Optical Mach-Zehnder interferometer,OMZI)是一种广泛应用于光学测量领域的精密仪器。
它通过比较两个光源的光程差来实现光的相位差测量。
传统的OMZI结构在实际应用中存在一些问题，如灵敏度较低、响应时间较长等。
因此，本文将从理论和实验两方面对光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构进行优化，并探讨其在光学测量领域的应用前景。
我们从理论层面对光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构进行优化。
传统的OMZI结构主要包括一个分束器、一个反射镜和一个合并器。
分束器用于将入射光分成两束光线，分别经过反射镜和合并器后再汇合。
这种结构在实际应用中存在一些问题。
例如，分束器的光损耗较大，导致系统灵敏度降低；反射镜的反射率较低，影响了光程差的测量精度；合并器的光路较短，使得光程差较小，不利于相位差的测量。
为了解决这些问题，我们提出了一种新型的光纤马赫-曾德尔干涉仪结构。
该结构主要包括一个微型棱镜分束器、一个高精度反射镜和一个长光程合并器。
微型棱镜分束器采用高折射率材料制成，具有较小的光损耗和较高的光束质量。
高精度反射镜则采用了多层膜镀膜技术，提高了反射率和抗反射能力。
长光程合并器则采用了柔性光纤材料，使得光路更长，有利于光程差的测量。
我们还从理论上分析了新型光纤马赫-曾德尔干涉仪结构的性能。
通过模拟实验结果表明，相比于传统结构，新型结构具有更高的灵敏度、更好的测量精度和更快的响应时间。
这些性能提升使得新型光纤马赫-曾德尔干涉仪在光学测量领域具有更广泛的应用前景。
接下来，我们将通过实验验证新型光纤马赫-曾德尔干涉仪结构的优越性。
实验中，我们使用了一台商用光纤马赫-曾德尔干涉仪作为基础设备，并在其基础上引入了新型结构。
通过对不同波长的光源进行测试，我们发现新型结构的灵敏度和测量精度均优于传统结构。
由于长光程合并器的引入，新型结构的响应时间也得到了显著改善。
光纤马赫曾德尔干涉仪结构的优化与应用研究
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基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究
基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究徐元哲;孙瑞丽;潘文明【摘要】为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法.将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2010(038)013【总页数】4页(P71-73,78)【关键词】光纤电流互感器;马赫-曾德干涉仪;磁致伸缩材料;偏置磁场;温度补偿【作者】徐元哲;孙瑞丽;潘文明【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林,吉林,132012;东北电力大学电气工程学院,吉林,吉林,132012;宿州供电公司,安徽,宿州,234000【正文语种】中文【中图分类】TM450 引言在发电、输电、变电等电力系统中，为了提高设备的运行安全可靠性及效率，必须对电流、电压、功率等电气参数进行测量。
“准确测量任何时刻的电流瞬时值”是电流互感器（CT）的理想测量品质。
广泛使用的铁磁线圈CT尽管稳态测量准确度能满足0.2级的要求，但短路故障时存在磁路饱和现象，动态测量能力差，是保护装置误动和拒动的主要原因[1]。
电压等级越高，铁磁线圈CT的绝缘结构越复杂、绝缘费用越高，并且由于高压，大电流存在的强电磁场干扰导致传统的CT测量准确度下降。
为克服这些缺点，人们正在研究用光纤传感器取代传统的传感器。
目前，光纤电流互感器特以其高绝缘性、抗高电磁噪声、高线性度响应，结构简单等诸多优点，在高电压强电流的测量及保护领域中得到广泛的重视和研究。
本文介绍了基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流传感器，并通过设计双臂的完全对称结构，对温度进行了一定的补偿，在一定程度上降低了温度的影响。
实验,马赫曾德
-、实验十三双光纤Mach-Zehnder干涉传感实验本实验采用双光纤技术，一方面通过双光纤分光路干涉，构成光纤Mach-Zehnder干涉传感测量系统；另一方面，在双光纤的出射端，构成杨氏双孔干涉系统。
通过本实验，可对光纤干涉相位调制的物理过程有一个完整的了解，同时，借助于双光纤杨氏空间干涉系统，可研究干涉条纹的空间分布等相关特性。
此外，借助于光纤双光路的光程调制器，可获得光相位的一些具体调制方法。
一、实验目的1.掌握基于双光纤干涉的基本原理；2.重点了解采用光纤形成光路的马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉系统中，光纤光程变化对条纹移动的影响；3.简要了解基于双光纤干涉的马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉测温以及应变测量等基本知识。
二、实验原理1．光纤杨氏干涉英国物理学家杨（T.Yong），最初所做的干涉实验如图13-1所示。
图13-1 双孔杨氏干涉实验用强光照射针孔S，以它作为点光源发射平面波。
在离S一定距离处放置另外两个小针孔S1和S2，它们从由S发出的球形波阵面上分离出两个很小的部分作为相干光源，由这两个小孔发出的光波在空间相遇的区域内会产生干涉现象。
因为针孔S、S1、S2很小，所以产生的干涉条纹图样很弱，不易观察。
后来采用狭缝代替针孔，得到了同样形状但明亮得多的干涉图样。
然而，有人认为无论是双孔干涉还是双缝干涉产生的干涉图样可能是由于光经过孔或缝的边缘时发生的复杂变化，而不是真正的干涉，后来菲涅耳做了双棱镜干涉实验，使人们确信光存在干涉性。
本实验采用光纤作为产生相干光的光源来实现双孔干涉（如图13-2所示），可以获得非常明亮的、条纹间距很宽的干涉图样。
该干涉条纹用眼睛在毛玻璃上能清晰地观察到。
图13-2 双光纤杨氏干涉实验装置2．光纤Mach-Zehnder干涉仪两光纤所构成的光路受到干扰时，会导致空间干涉条纹的移动。
因此，利用这一特性，可以构成光纤Mach-Zehnder干涉仪。
干涉仪马赫-曾德尔
§4.1 光电检测
§4.2 §4.3 §4.4 §4.5 光电控制 光纤通信 光纤传感器 光电信息技术其它应用
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§4.1.1 光电检测基本方法
根据检测原理光电检测的基本方法有直接作用法、差动法、补偿 法和脉冲法等。
一． 直接作用法
受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测 机构直接得到欲测的物理量，测量框图如图所示。直接测量法的 最大优点是简单方便，仪器设备造价低廉。这种方法的缺点是检 测结果受参数、环境、电压波动等影响较大，精度及稳定性较差。 适合于测量精度要求不高的场合。
双向可控硅使用时，一般采用第一和第三象限的组合，但 由于双向可控硅元件的结构关系，3＋触发形式在使用时所 需控制级功率较大，故相对少用，而1＋~3－和1－~3－的 触发组合方式使用较多。
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五 双向可控硅触发电路
28
六 光电继电器的应用
• 路灯、霓虹灯的自动控制电路 图(a)简单的光控霓虹灯电路，采用的光敏器件为光敏电阻；
6
§4.1.1 光电检测基本方法
2.相位法测距
带有测距功能的望远镜是发射一束调制的脉冲激光，再接收来自于被测物 的反射光。发射信号和接收信号的相位差反映了被测物的距离。设Vo和Vi 分别代表发射脉冲和接收脉冲，如图4.1.1－9所示。
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§4.1.1 光电检测基本方法
3.频率法测速
图是测速的原理框图。在转动轮上均匀贴有反射片，光电传感器可接 收到与转速相对应的光脉冲。设m为反射片数，n为每分钟转速，则 f=nm/60=N/t，n=60N/(mt) 只要控制在一定的时间t内计数N，就可计算得到轮子的转速。
4
§4.1.1 光电检测基本方法
双马赫—曾德尔型干涉仪定位技术研究
双马赫—曾德尔型干涉仪定位技术研究潘岳;王健【摘要】在干涉型分布式光学振动传感系统中,双马赫—曾德尔技术具有较高的定位精度和较低的成本,更受关注.现搭建了双马赫—曾德尔分布式光纤传感系统,并对其进行了定位实验,阐述了检测系统的组成和原理.对基于互相关算法的定位性能进行研究,测试了其单点定位和多点定位功能,指出其定位局限性.另外重点分析了影响该系统定位稳定性的因素,提出一种数据处理算法,以提高其定位稳定性.实验结果表明,经过该算法数据处理之后,系统定位稳定性和可靠性得到极大提高.%Dual Mach-Zehnder technology has been paid much attention in interferometric distributed optical vibration sensors due to its superior positioning performance and lower cost. A dual Mach-Zehnder fiber-optic distributed sensing system was set up and experimented) and the composition and working principle of the detection system was also expatiated. The performance of positioning based on the cross-correlation algorithm was studied, its limitations of positioning was pointed out when testing the fuction of single-point positioning and multipoint positioning. In addition, the factors impacting the stability of the system position were analysed in detail, and a data-processing algorithm was proposed to improve its stability. Experimental results show that the stability and reliability of system position have been greatly improved after data-processing.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】6页(P54-59)【关键词】分布式光纤传感器;定位技术;马赫—曾德尔干涉仪;互相关算法【作者】潘岳;王健【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;聚光科技(杭州)股份有限公司,浙江杭州310052【正文语种】中文【中图分类】TP212引言针对光纤干涉型分布式传感系统可用于微弱行为探测的重大前景，国内外提出了很多不同结构的干涉型分布式光纤传感技术［1］，包括：双萨克纳克［2－3］、萨克纳克和马赫－曾德尔［4－5］、萨克纳克和迈克耳逊［6］、双马赫－曾德尔［7－9］等混合组成的干涉型分布式传感结构。
光纤马赫-曾德干涉试验
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ΦnL 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λπ=λπδ=∆ΦSP22λπ+=SP K I I I 2cos 00设光纤1L 温度不变，光纤2L 温度该变T ∆,则折射率n 的改变量为n ∆ ，光纤2L 长度改变量为2L ∆。
全光纤马赫-曾德尔干涉仪输出特性研究
南京邮电大学 硕士学位论文摘要
学科、专业：工 学 光学工程
研 究 方 向：光纤通信与光波技术
作
者：谷朋飞 硕 081606
指 导 教 师：黄勇林 教授
题
目：全光纤马赫-曾德尔干涉仪输出特性研究
南京邮电大学硕士研究生学位论文
摘要
摘要
光滤波器是光通信和光电子领域不可或缺的重要元器件，在波长锁定、波分复用/解复用、 波长路由、色散补偿、增益平坦等技术中都有广泛应用。随着波分复用（WDM）系统中信道 数的不断增加和信道间隔的不断减小，对滤波技术的要求也越来越高，因而研究新型高性能 光滤波器成为学科前沿课题之一。在众多滤波器中马赫-曾德尔干涉仪型滤波器由于结构简单、 可多级串联、以及具有梳状和带通滤波特性等优点，因而在 WDM 系统中备受关注。
目录
目录
摘 要.....................................................................................................................................................I Abstract ............................................................................................................................................... II 目 录..................................................................................................................................................IV 第一章 绪论........................................................................................................................................1
基于马赫_曾德尔干涉仪的可调谐掺镱光纤激光器
基于马赫-曾德尔干涉仪的可调谐掺镱光纤激光器摘要：通过使用一个由两个3dB光纤耦合器构成的光纤马赫-曾德干涉仪作为内腔滤波器，展示了一个调谐范围超过20 nm的可调谐掺Yb环形腔全光纤激光器。
在下文中将会详细叙述制作马赫-曾德光纤干涉仪的技术。
光纤激光器在1050 nm~1071 nm的频率范围内具有稳定的mW量级的输出功率，频带抑制率超过45dB，而且带宽小于0.1 nm。
关键词：可调谐光纤激光器；环形腔光纤激光器；掺镱光纤；马赫-曾德干涉仪连续波（CW）和脉冲高功率光纤激光器在近几年取得了很大的进展。
在所有的高功率光纤激光器中，掺Yb光纤激光器因为它们较高功率量级和效率而尤为重要。
这些光纤激光器可以用作次级激光的基本泵浦源来完成谐波或参数转换。
这主要是考虑到高光线质量与光纤激光器有联系。
光纤激光器可以实现一个合理范围内的较宽的可调谐性，例如，掺Er光纤激光器波长范围有100 nm，但却被限制在一个小的范围内。
和光纤激光器相比，光学参量振荡器（OPO）是一种可以在红外光谱区提供更宽的调谐范围的可调谐激光器。
一般的，OPO的波长调谐可以通过调整所包含的非线性晶体的相位匹配角度或一些周期区域反向非线性光学晶体的光栅周期譬如PPLN和PPMgLN。
如果泵浦激光器（可以是固体激光器或光纤激光器）调谐范围很宽，那么OPO的输出可以很快速的进行调谐。
因此，一个由主震荡功率放大器（MOPA）构成的可调谐掺Yb光纤激光器泵浦的OPO将会有敏捷的宽的可调谐性。
参考以前可调谐波长掺铒光纤激光器可以通过多种方法实现的工作，包括光纤法布里-伯罗（FFP）调谐滤波器，宽范围内可调谐布拉格光纤光栅和多层薄膜干涉带通滤波器的应用。
这些应用于掺铒光纤激光器系统的光栅或滤波器在市场上可以买到而且通常成本低廉。
例如，工作在1550 nm带宽的FFP可调谐滤波器拥有超过100 nm的自由光谱范围，因此制作一个掺Er光纤激光器会很容易的覆盖一个款的调谐范围。
开放式光纤马赫—曾德尔干涉仪折射率传感器的研究
开放式光纤马赫—曾德尔干涉仪折射率传感器的研究光纤折射率传感器具备体积小、质量轻、抗电磁干扰、耐高温、灵敏度高和化学稳定性好等优点,在化工生产、环境监测和生物医学等领域中具有很好的应用前景。
其中,开放式光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)折射率传感器因其超高折射率灵敏度和紧凑的结构受到业界高度关注。
本文针对当前开放式光纤MZI存在的传输损耗大和折射率测量范围窄等问题,提出一种基于多模干涉耦合原理降低传输损耗的方法和一种折射率测量范围扩展方法。
分别进行了传感器的设计制作、扩展折射率测量范围和该传感器在浓差极化原位监测等方面的研究。
研究工作包括以下三个方面:(1)研究了开放式光纤MZI折射率传感器的理论基础。
分析了多模干涉耦合原理、马赫-曾德尔干涉原理和传感原理。
通过数值模拟分析了该结构的特征参数对透射谱的影响,优化了制作工艺参数。
(2)研究了开放式光纤MZI折射率传感器的传感特性。
搭建了折射率测量实验平台,实验结果表明:在1.333-1.3468的范围内,折射率灵敏度约为-1360nm/RIU,实现了高折射率灵敏度测量。
利用干涉谱自由光谱范围与折射率的关系,研究了测量范围扩展方法,并对其正确性进行了实验研究。
实验结果表明:折射率测量范围可以扩大到0.07RIU,折射率测量误差为±4.173 ×10-5 RIU。
(3)设计了基于该传感器的浓差极化原位监测应用系统。
研究了基于折射率传感原理的浓差极化原位监测方法,搭建了浓差极化原位监测实验平台并进行了实验研究。
实验结果表明:通过观察膜面的浓度变化可以实现浓差极化现象的检测,验证了开放式光纤MZI原位监测浓差极化的可行性。
本文的研究成果表明优化的开放式光纤MZI达到了降低传输损耗的目的,同时提出的折射率测量范围扩展方法有效扩大了开放式光纤MZI的测量范围。
另外,该传感器的应用也为研究膜表面浓差极化现象和膜污染机理提供新的技术手段。
多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路及其特性调整方法[发明专利]
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[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1472554A [43]公开日2004年2月4日[21]申请号03146788.1[21]申请号03146788.1[22]申请日2003.07.10[30]优先权[32]2002.07.10 [33]JP [31]201059/2002[71]申请人日本电信电话株式会社地址日本东京都[72]发明人泷口浩一 铃木扇太 [74]专利代理机构北京市金杜律师事务所代理人张维[51]Int.CI 7G02B 6/26G02B 6/27H04J 14/02H04B 10/18权利要求书 9 页 说明书 19 页 附图 6 页[54]发明名称多级马赫－曾德尔干涉仪型光电路及其特性调整方法[57]摘要本发明公开了一种包括任意数目的对称马赫－曾德尔干涉仪和任意数目的不对称马赫－曾德尔干涉仪串联而成的多级马赫－曾德尔干涉仪型光电路。
在该光电路中，首先使用低相干光获得不受不对称马赫－曾德尔干涉仪影响的对称马赫－曾德尔干涉仪的单个相位控制条件。
第二步，根据第一步的相位控制条件，通过控制对称马赫－曾德尔干涉仪获得单个不对称马赫－曾德尔干涉仪的相位控制条件。
最后，根据对称马赫－曾德尔干涉仪和不对称马赫－曾德尔干涉仪的相位控制条件，通过控制所有干涉仪并将单个干涉仪的相位偏移量设置为适当的值，对整个多级马赫－曾德尔干涉仪型光电路进行特性调整。
03146788.1权 利 要 求 书第1/9页 1.一种多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路特性的调整方法，该电路包括：第一输入/输出光波导对；第二输入/输出光波导对；置于第一和第二输入/输出光波导对之间的M个定向耦合器，其中M为等于或大于2的整数；以及(M-1)个相位控制装置，其中每个相位控制装置位于所述M个定向耦合器的两个相邻定向耦合器之间，与位于所述相邻定向耦合器之间的光波导对的两个光波导的至少一个光波导相连，并响应于相位控制信号，控制穿过所述光波导对的第一光波导和第二光波导光线的相对相位，其中所述相邻定向耦合器、位于所述相邻定向耦合器之间的所述相位控制装置以及位于所述定向耦合器之间并具有相同光路长度的所述光波导对构成对称马赫-曾德尔型光干涉仪，而所述相邻定向耦合器、位于所述相邻定向耦合器之间的所述相位控制装置以及位于所述定向耦合器之间并具有不同光路长度的所述光波导对构成不对称马赫-曾德尔型光干涉仪，并且(M-1)个马赫-曾德尔型光干涉仪串联构成所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路，所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路特性调整方法包括如下步骤： 第一步，从置于所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路输入侧的所述第一输入/输出光波导对的第一光波导，输入具有的相干长度小于所述不对称马赫-曾德尔型光干涉仪之间最小光路长度差的低相干光后，根据置于所述对称马赫-曾德尔型干涉仪中的所述相位控制装置的相位控制信号与从置于所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路输出侧的所述第二输入/输出光波导的第一光波导输出的光强度之间的相关性，依次对每个所述对称马赫-曾德尔型光干涉仪的相位控制信号进行设置；第二步，从置于所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路输入侧的所述第一输入/输出光波导对的第一和第二光波导中的一个光波导，输入波长可调相干光后，根据置于所述不对称马赫-曾德尔型干涉仪中的所述相位控制装置的相位控制信号与从置于所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路输出侧的所述第二输入/输出光波导对的第一和第二光波导中的一个光波导输出的光强度之间的相关性，依次对每个所述不对称马赫-曾德尔型光干涉仪的相位控制信号进行设置；以及第三步，优化所述相位控制装置的单个相位控制信号，以便根据相位控制信号与第一步和第二步得到的输出光强度之间的相关性，令来自所述多级马赫-曾德尔干涉仪型光电路的输出光达到理想的特性。
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南京邮电大学硕士研究生学位论文
摘要
摘要
光滤波器是光通信和光电子领域不可或缺的重要元器件，在波长锁定、波分复用/解复用、 波长路由、色散补偿、增益平坦等技术中都有广泛应用。随着波分复用（WDM）系统中信道 数的不断增加和信道间隔的不断减小，对滤波技术的要求也越来越高，因而研究新型高性能 光滤波器成为学科前沿课题之一。在众多滤波器中马赫-曾德尔干涉仪型滤波器由于结构简单、 可多级串联、以及具有梳状和带通滤波特性等优点，因而在 WDM 系统中备受关注。
Ⅱ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
Key words: Guided wave optics, WDM/DWDM, Filter, Mach-Zehnder Interferometers, Cascaded,
Optical add/drop multiplexer (OADM)
Ⅲ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
研究结果表明，基于马赫-曾德尔干涉仪的光元器件以及级联马赫曾德尔干涉仪在 WDM 系统等领域将会有巨大的应用前景。
关键词：导波光学，波分复用，滤波器，马赫-曾德尔干涉仪，级联，光分插复用器（OADM）
Ⅰ
南京邮电大学硕士研究生学位论文
Abstract
Abstract
Optical filter is an indispensable component in optical communication and photoelectron fields. It has been widely used in wavelength locking, wavelength multiplexer/demultiplexer, wavelength routers, dispersion compensators, and gain equalizers etc. With the increasing number of channels and decreasing channel spacing in wavelength division multiplexing (WDM) system, novel optical filters with excellent characteristics have become a leading trend presently. Particularly, the Mach-Zehnder Interferometers (MZIs) have attracted considerable attention in the WDM system, because of their excellent characteristics, such as simple structure, low insertion loss, multi-level series, comb and band-pass filtering etc.
本文首先在传输矩阵理论的基础上，对单个马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行了详细的 推导。通过 Matlab 仿真讨论了干涉仪的耦合系数、臂长差、折射率等参数对干涉仪输出特性 的影响。为了改善干涉仪的消光比，采用了两种方法：一是在一端连上光纤全反镜二次干涉 的方法，构成高消光比的马赫-曾德尔型干涉滤波器，加上全反镜后其消光比改善了 21dB 左 右；二是采用在一端加上光纤光栅的方法，构成了一个单通道开关器件，从而大大改善了其 消光比。 其次，理论上推导了级联马赫-曾德尔干涉仪的输出特性，分析了级联对输出特性 的影响。利用级联，提出了频率间隔在 100GHz 以下滤波器设计的新方法。提出了基于 GA 算法分析级联的新方法，并将新提出的方法与理想滤波器、传输矩阵法所得滤波器进行了仿 真比较，得出的新方法有很大的优越性。最后，设计和分析了基于马赫-曾德尔干涉仪的新型 光分插复用器模型，即在干涉仪臂上加入光栅设计出马赫-曾德尔型 OADM 模型，并对设计 的 OADM 模型进行了改进，利用 Optiwave 软件对设计的 OADM 进行了功能仿真验证 ，证 实了设计的正确性。
1.1 光纤通信网的发展.................................................................................................................1 1.2 波分复用技术.........................................................................................................................3
First, based on the Jones matrix theory, strict theoretical analysis is taken on the output characteristics of MZI. MATLAB simulation is taken to discuss the effect of the coupling ratio, the length of arms, and the index of refraction to the output characteristics of MZI. In order to improve the extinction ratio, a fiber reflector is added to the end of interferometer, and by this way, the MZI can get a high extinction ratio interferometer. After adding the reflector, the extinction ratio of it increases 21dB or so. When changing the fiber reflector for a fiber Bragg grating (FBG) the MZI become to a single channel switch. Secondly, the output of cascaded MZIs is studied and the influence of cascade to the interferometer is also analyzed. A new algorithm which is called GA is proposed to analyze the cascaded MZIs. A new Multi-channel filter is designed the frequency spacing of which is below 100GHz. Compared the new method to the ideal way and transfer matrix analysis method, the GA algorithm is close to the ideal way. Finally, a new OADM model based on MZI is designed and analyzed. In order to design the new OADM FBGs are added to the arms of MZI, the improved OADM is also designed. Whether the design is right or not the function of the new OADM is validated by the software Optiwave. The emulation shows that the design is perfect.
目录
目录
摘 要.....................................................................................................................................................I Abstract ............................................................................................................................................... II 目 录..................................................................................................................................................IV 第一章 绪论........................................................................................................................................1
研究生签名：_____________ 日期：____________
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南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本文电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包 括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹） 办理。
The result of the research of the paper show that the cascaded MZIs and the optical components based on MZIs will be found many potential applications in the fields of WDM system.