实验重点及难点

实验重点:

1.掌握单模光纤切割的基本方法

2.理解光纤耦合的直接耦合和间接耦合的基本原理

3.理解M-Z光纤温度传感器的基本工作原理

实验难点:

1.用宝石刀切割光纤的方法和技巧

2.光栅耦合测量中间接耦合方法的调整

3.光纤温度传感器温度延迟的现象及分析

辅助功能介绍

界面的右上角的功能显示框:当在普通做实验状态下,显示实验实际用时、记录数据按钮、结束实验按钮、注意事项按钮;在考试状态下,显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束考试按钮、显示试卷按钮(考试状态下显示)、注意事项按钮。

右上角工具箱:各种使用工具,如计算器等。

右上角help和关闭按钮:help可以打开帮助文件,关闭按钮功能就是关闭实验。

实验仪器栏:存放实验所需的仪器,可以点击其中的仪器拖放至桌面,鼠标触及到仪器,实验仪器栏会显示仪器的相关信息;仪器使用完后,则不允许拖动仪器栏中的仪器了。

提示信息栏:显示实验过程中的仪器信息,实验内容信息,仪器功能按钮信息等相关信息,按F1键可以获得更多帮助信息。

实验状态辅助栏:显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出),当前实验内容显示为红色,其他实验内容为蓝色;可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。切换至新的实验内容后,实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。

实验操作方法

(1)主窗口介绍

成功进入实验场景窗体,实验场景的主窗体如下图组所示:

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光纤传感器实验主场景图

(2)用剥线钳依次剥离光纤外表面的包裹层,获得裸露的光纤。

①在主场景中,鼠标点击剥线钳,双击打开剥线钳大视图。鼠标点击大视图中的绿色双向箭头,可左右移动剥线钳的位置,改变需要剥离的光纤的长度。被剥离的光纤长度,要大于背景图上的光纤夹的长度。

②确定被剥离的光纤长度后,对于光纤表面黄色的包裹层,选择剥线钳的大刀口进行剥离,点击“确认剥线”按钮,开始剥线。

③光纤的黄色包裹层被剥离后,露出蓝色的包裹层,选择剥线钳的中刀口,进行光纤表面的蓝色包裹层的剥离。

④光纤的蓝色包裹层被剥离后,露出淡绿色的涂敷层,选择剥线钳的小刀口,剥离光纤表面的涂敷层,露出光纤灰色的包层及纤芯。

(3)将已经剥离好的光纤放入光纤切割锯里,切割光纤,获得完美的光纤端面。

固定光纤,合上切割具的上盖,向里推动光纤切割刀,切割光纤,获得完美的光纤端面。

(4)将已经切割好的光纤放入光纤夹中,用光纤夹固定光纤。

点击“放置光纤”按钮,将已经切割好的光纤放入光纤夹中,鼠标点击铜片,将其拖入光纤夹中,鼠标再点击光纤夹螺钉,旋紧螺钉,完成对光纤的固定。

(5)将固定好光纤的光纤夹放入五维调整架中。

主场景中鼠标点击拖动已固定光纤的光纤夹,将其拖至五维调整架处,并放入五维调整架上。

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(6)打开激光器

主场景中,双击打开激光器大视图,在大视图中鼠标点击激光器电源开关,打开激光器。

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(7)打开功率计

在主场景中,双击打开功率计大视图,点击绿色的电源按钮,打开功率计。按下“λ”键选择光波长为650nm;按“W/dBm”键选择uW为测量单位;

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(8)用功率计测量激光器的输出功率。

主场景中鼠标拖动功率计至激光器的出光口处,双击打开此时的功率计大视图,观察此时激光器的输出功率。

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(9)打开实验数据表格,记录激光器的输出功率。

鼠标点击“记录数据”按钮,弹出实验数据表格窗口,在表格中记录激光器的输出功率。

(10)用功率计测量光纤传输光线“直接耦合”的输出功率。

①在主场景中,鼠标拖动光纤的耦合头,拖至功率计的耦合头上,使光纤与功率计耦合。

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②在主场景中,双击打开功率计大视图,双击打开五维调整架大视图,调节五维调整架上的各个旋钮,观察功率计上的光功率示数变化,记录下最大的光强示数。

(11)将透镜放入五维调整架中,测量光纤传输光线“间接耦合”的输出功率

主场景中,鼠标拖动透镜,将透镜放置在五维调整加上,打开功率计大视图,打开五维调整架大视图,调节五维调整架上的各个旋钮,观察功率计上的光功率示数变化,记录下最大的光强示数。

(12)根据实验数据表格记录的数据,计算激光与光纤的耦合效率。

打开实验数据表格,根据记录的数据,分别计算激光与光纤的直接耦合效率和间接耦合效率。

(13)开始实验内容二:光纤温度传感实验

在主场景中,鼠标点击实验内容栏中的“光纤温度传感实验”,进入光纤温度传感实验场景窗体,实验场景的主窗体如下图组所示:

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(14)打开激光器与显示器

在主场景中,鼠标双击打开激光器大视图,点击激光器电源开关,打开激光器。鼠标双击打开显示器大视图,点击显示器电源开关,打开显示器,在显示器上可观察到干涉条纹。

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(15)调整光路,使得显示器上可观察到清晰地条纹

在主场景中,双击打开分光装置大视图、聚光装置大视图、及显示器大视图。在分光装置大视图、聚光装置大视图中,鼠标点击各个支架的千分尺旋钮,调节光路,直到在显示器大视图中,可观察到清晰地干涉条纹。

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(16)加热光纤,观察干涉条纹移动数目与温度变化的关系。记录升温时干涉条纹移动数目与温度变化的数据。

①在主场景中双击打开数显调节仪的大视图,在数显调节仪的大视图中可看到该实验中被加热的光纤的长度。点击开关按钮,打开数显调节仪。点击“设定/测量”按钮,“OFF”处的绿灯亮起,点击“设定旋钮”旋钮,设定加热最高温度。

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②设定好加热的最高温度后,再次点击“设定/测量”按钮,“ON”处的绿灯亮起,显示屏上显示仪器的当前温度。点击“加热开关”按钮,仪器开始加热,鼠标点击“温度调钮”旋钮,可改变仪器的加热速率。

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③打开显示器,观察显示器上干涉条纹数目移动的情况。记录升温时干涉条纹移动的数目,及对应的温度示数。

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(17)停止加热,记录降温时干涉条纹移动数目与温度变化的数据。

完成升温时的数据记录后,鼠标点击数显调节仪的“加热开关”按钮,停止对光纤的加热,此时仪器开始自然降温。观察显示器上干涉条纹数目移动的情况。记录降温时干涉条纹移动的数目,及对应的温度示数。

(18)数据处理

实验结束后,打开实验数据表格,根据记录的实验数据及公式 ,计算升温过程中的光纤灵敏度及降温过程中的光纤灵敏度。

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