干涉仪马赫-曾德尔54页PPT

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,ϕϕ,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：2222110121222222201212cos ()sin(2)sin(2)sin (/2)sin ()sin(2)sin(2)cos (/2)I E E L I E E L ϕϕϕϕβϕϕϕϕβ⎡⎤==++⎣⎦⎡⎤==-+⎣⎦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：[][]2111200222220011cos(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。

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。

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：Ž传播方向：ÿ4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4.23关闭配置文件设计的布局设计出现。

图1：钛：LiNb03 Pro1的个人资料定义晶圆整个开关装置将是大约33毫米长，将不超过100微米宽。

定义在该晶片以下参数布局设计：步行动1在初始属性对话框中，波导属性选项卡中，键入/选择以下内容：宽度[]：8.0简介：TiLiNbO3 Pro1的2选择的晶圆尺寸选项卡，然后键入以下内容：晶圆长度：33000晶圆宽度：1003选择2D晶圆属性选项卡，然后选择以下：晶圆折射率材料：Lithium_Niobate4选择3D晶圆属性选项卡，然后键入/选择以下内容：包层材料：空气包层厚度：2基板-材料：Lithium_Niobate基材厚度：105单击OK（确定）以保存设置。

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。

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 ∆。