光纖微彎傳感實(shí)驗(yàn)

當(dāng)被測物理量變化引起光纖發(fā)生微彎變形，改變模式耦合，使纖芯中的光部分透入包層，造成傳輸損耗。微彎程度不同，泄漏光波的強(qiáng)度也不同，從而達(dá)到光強(qiáng)度調(diào)制的目的。由于光強(qiáng)度與位移之間有一定的函數(shù)關(guān)系，所以利用微彎效應(yīng)可以制作光纖微彎位移傳感器。微彎位移傳感器又可分為亮場微彎位移傳感器和暗場微彎位移傳感器兩種。前者是通過對(duì)纖芯中光強(qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換；而后者則檢測包層中的光信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)就是利用光纖微彎變形引起纖芯中傳輸?shù)墓獠◤?qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)位移檢測。

一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、了解光纖微彎損耗的原理及其特性；

2、學(xué)習(xí)利用微彎損耗測量位移的方法；

二 實(shí)驗(yàn)儀器

SYG多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀、SYG—CC光纖微彎傳感器(圖4)。

圖4  SYG—CC光纖微彎傳感器

三 實(shí)驗(yàn)原理

SYG—CC光纖微彎傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖5所示。當(dāng)光纖發(fā)生彎曲時(shí)，由于其全反射條件被破壞，纖芯中傳播的某些模式光束進(jìn)入包層，造成纖芯中的光能損耗。為了擴(kuò)大這種效應(yīng)，我們把光纖夾持在一個(gè)周期波長為人的梳妝結(jié)構(gòu)中。當(dāng)梳妝結(jié)構(gòu)(變形器)受力時(shí)，光纖的彎曲情況將發(fā)生變化，于是纖芯中跑到包層中的光能(即損耗)也將發(fā)生變化。近似的把光纖看成是正弦彎曲，其彎曲函數(shù)為：

                   （1）

圖5

式中L是光纖產(chǎn)生微彎的區(qū)域，是其彎曲頻率，為其彎曲波  長。光纖由于彎曲產(chǎn)生的光能損耗系數(shù)是 

              （2）

式中稱為諧振頻率。

                                        （3）

為諧振波長，和為纖芯中兩個(gè)模式的傳播常數(shù)。如果我們選擇相鄰釣兩個(gè)模式，對(duì)光纖折射率為平方律分布的多模光纖可得

                         (4)

r為光纖半徑，纖芯與包層之間的相對(duì)折射率差。由(3)和(4)可得

                       (5)

由以上分析可得下列結(jié)論：

1、光纖的彎曲頻率時(shí)，光纖的微彎損耗最大。

2、光纖的微彎損耗與微彎振幅A的二次方成正比。

3、光纖的微彎損耗與微彎總長成正比。

3.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求

1、將微彎位移傳感器與多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀相連；

2、接通電源；

3、調(diào)動(dòng)微彎位移傳感器的螺旋測微器，記錄此時(shí)的光功率值，同時(shí)記錄此時(shí)螺旋測微器的示值；

4、每旋進(jìn)25微米記錄光功率值(注意：不要過力壓迫光纖以免光纖被壓斷)。

5、將所得數(shù)據(jù)做成曲線，利用這條曲線對(duì)光纖微彎損耗的特性進(jìn)行分析。