下载文档原格式
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 ∆。
马赫曾德搞涉仪之阳早格格创做马赫——曾德搞涉仪.马赫——曾德搞涉仪（Mach-Zehnder; inter-ferometer）是一种要害的光教战光子教器件，广大应用于搞涉计量、光通疑等范围；它用分振幅法爆收单光束以真止搞涉，被广大用做传感器战光调造器.一、真验手段1．掌握马赫曾德搞涉仪的本理战结构；2. 组拆并安排马赫曾德搞涉仪，瞅察搞涉条纹.3. 教会安排二束相搞光的搞涉；二、真验本理取仪器He-Ne 激光器、仄里反射镜1战仄里反射镜2、分束器、合束器、扩束滤波准曲系统、可变光阑、光强衰减片、黑屏.图1 真验拆置及光路图图1为马赫曾德的真验拆置图，：由He-Ne激光器收出的激光由扩束镜（隐微物镜）、针孔滤波战透镜准曲后产死宽心径仄里波，经可变光阑后，光斑曲径形成1厘米后，再经分束器产死二路：透射光战反射光.透射光被反射镜2反射后笔曲进射到本初物仄里Po上的物体上，经衍射后的物光通过合束器到达距离z=20厘米处的CCD记录里P H上.通太过束器后的反射光动做参照光被反射镜1战合束器反射到P H里上取物光搞涉爆收搞涉条纹，被CCD记录下去传输到估计机中.三、真验真质战步调1 光教器件的共轴安排安排激光器火仄，安排各器件的下度的俯俯，使其共轴.正在安排透镜时要注意反射光面沉合.2 仄止光安排利用调仄的激光器，通过安排扩束准曲系统，得到仄止光.加进可变光阑，使仄止光核心通过光阑的核心.通过针孔滤波战透镜准曲赢得宽心径仄里波后拆修MZ搞涉仪，包管二束光正在合束器后真足沉合并爆收仄止曲条纹的搞涉图样.3.最先正在激光束的传播要收搁置分束器，将He-Ne激光器的主光束仄分得到二个分光束.安排分束器角度，得到二条庄重笔曲的分光束.正在光路1中搁置反射镜1，将分光束1的传播目标改变，该反射镜取分光器位于共一列螺纹孔.反复安排反射镜的位子战反射角度，得到庄重仄止而且等下的二束光芒.正在光路2中搁置反射镜2，如果安排的要收精确，主分光束的反射光战其余一条分光束不妨刚刚佳正在空间相接，该接面基础不妨刚刚佳谦脚庄重的等历程.4.大概安排佳分束镜战反射镜的光路，使二路光正在合束器上汇合，并出射正在黑屏上（决定光斑是可降正在各镜里核心，可用揩镜纸沉沉挡正在镜里前瞅察光斑的位子）.5.牢固一路激光，丈量记录光路的少度.安排另一路光路，使那路光的少度取刚刚刚刚记下的光路普遍，牢固光路.6.将黑屏移近（起码2m），瞅察黑屏上的二个激光斑，若没有沉合，安排分束镜的统造钮，使二个光斑完好沉合.7.把黑屏移回符合瞅察的位子，细调分束镜的统造钮并瞅察黑屏上的激光搞涉局里，曲到局里最明隐为止，得到浑晰的横曲搞涉条纹.五、思索题1.如果分束器后二路光光强分歧，该当使用什么元件革新？2.马赫曾德搞涉仪战迈克我逊搞涉仪的辨别是什么？各有什么特性？。
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 ∆。
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。
波动光学实验：马赫-曾德干涉
简介
波动光学实验是光学领域的重要实验之一，其中马赫-曾德干涉是一种经典的干涉实验。
该实验利用干涉现象来研究光的波动特性，揭示光的波动性质和干涉现象的精密性。
历史
马赫-曾德干涉是19世纪德国物理学家阿尔贝特·阿布拉姆施和德意志实验研究师路德维希·玛迪暗的一系列干涉实验得名。
在这些实验中，他们展示了光的波动特性并研究了光的相互干涉。
实验原理
马赫-曾德干涉实验利用一束单色平行光通过干涉仪（通常是双缝干涉仪）进行干涉。
通过调节干涉仪中的光程差，观察干涉条纹的形成和变化。
根据干涉条纹的模式，可以推断出光的波长、相位等信息。
实验步骤
1.准备双缝干涉仪和单色光源。
2.调节双缝干涉仪的缝宽和间距，使之符合实验要求。
3.使光源射入双缝干涉仪，观察干涉条纹的形成。
4.调节干涉仪的光程差，观察干涉条纹的变化。
5.记录干涉条纹的特征并进行分析。
实验应用
马赫-曾德干涉实验不仅可以用于研究光的波动特性，还可应用于光学测量、光学成像等领域。
干涉技术也广泛应用于激光技术、光学通信等现代科技领域。
结论
波动光学实验中的马赫-曾德干涉是一种重要的实验方法，通过这一实验可以深入了解光的波动性质和干涉现象。
在现代光学和相关领域中，干涉技术的应用正日益广泛，为科学研究和技术发展提供了重要支持。
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-曾德尔干涉仪原理是利用两束光线在一个媒质中相互干涉的现象来验证物质中极微小的波动和振动。
在正常情况下，光会在一个波导中从一端传到另一端。
然而，当两条波导靠得很近时，光会从一条波导“红杏出墙”“节外生枝”，两根波导中的光信号互相一部分跑到对方里面。
设计者有意地让两条波导多次发生这种相互干扰，构造了很多个称为马赫·曾德尔干涉仪的基本单元，并且连接到一起组成一个网络。
原本最左面每条波导输入端口光的亮度表示了各个输入数据值的大小，经过这种很多次光的干涉之后，各条波导内的光可能变得更亮，也可能变得更暗，经过对所有干涉仪单元都进行适当的设置，测量下整个网络最右面各个输出端口光亮度，可以获得想要的计算结果，比如输入的是某一个向量各个元素值大小，获得的是一个新向量，表示输入向量与某一个矩阵相乘后的输出结果。
这个原理是物理学和光学的基础理论，深刻影响了物理学的发展，也为各种科学技术的发展奠定了基础。
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。
马赫曾德干涉仪搭建实验
一、半光纤马赫曾德干涉仪搭建实验
1.实验原理和步骤
2.实验结果
二、全光纤马赫曾德干涉仪搭建实验
1．实验原理和步骤
2．实验结果
三、实验分析
马赫曾德干涉仪的基本原理是利用分振幅法产生双光束干涉，与迈克尔逊干涉仪有一定的相似处，比如从激光器输出的光束都是先分后合。
但不同之处在于马赫曾德干涉仪没有或很少有光返回到激光器，这避免了返回的光造成激光器不稳定。
全光纤马赫曾德干涉仪体积小且机械性能稳定，在工程传感器方面更为实用。
马赫曾德干涉仪原理
马赫曾德干涉仪（Mach-Zehnder Interferer，简称MZI）是一种物理学实验装置，它可以测量光的相位差。
它由两个平行的全反射镜和两个旋转开关组成，又被称为“Mach-Zehnder开关”。
马赫曾德干涉仪原理是依靠光的相干性来实现的，即使用同一光源分别通过两个不同路径，获得两个相互等效的光束，然后将它们放在一起，可以看到相位差引起的模式变化。
MZI 基本结构如图1所示：它由一个波导，两个全反射镜和两个旋转开关组成。
当光通过马赫曾德干涉仪时，它会被分成两束，分别经过上面的两个全反射镜，然后通过下面的旋转开关，最后再经过一个全反射镜，合并到一起。
当光通过MZI时，它会根据MZI的结构而产生不同的结果，如图2所示：
在MZI 中，上面全反射镜之间有一定的距离，可以改变激光束在MZI中的传播路径。
如果将两个全反射镜距离增大，则传播路径增加，激光的相位也会随之发生变化。
当光线经过MZI时，会出现零相位差（幅度最大）、π/2相位差（幅度最小）以及其他介于0~π/2之间的相位差（幅度介于最大和最小之间）。
由上图可知，当激光的
相位差为零时，会出现一个纵向的“火柴”状的圆形图案，当激光的相位差为π/2时，会出现一个横向的“火柴”状的圆形图案。
MZI 的原理可以运用到多种光学系统中，如光栅、光纤、波导等，能够实现光信号的相位检测、模式检测等功能。
它的应用不仅仅局限于实验室，而且可以在实际的光子电路中运用。
总而言之，马赫曾德干涉仪是一种物理学实验装置，它通过改变激光束在MZI中的传播路径来测量光的相位差。
它可以实现光信号的相位检测、模式检测等功能，广泛应用于实验室和实际的光子电路中。
马赫-曾德尔干涉仪原理马赫-曾德尔干涉仪是一种光学干涉仪器，它利用光的干涉现象来测量样品的光程差。
马赫-曾德尔干涉仪可以通过测量光束的相位差来分析样品的厚度、折射率以及其他光学性质。
本文将详细介绍马赫-曾德尔干涉仪的原理和工作原理。
马赫-曾德尔干涉仪的基本构造由一个分束器、一个样品室和一个复合可调反射镜组成。
分束器将输入光束分为两个互相垂直的光束，一个经过样品室，另一个绕过样品室。
两束光线再次重合并进入一个探测器进行干涉信号的检测。
在马赫-曾德尔干涉仪中，样品室是关键部件之一。
样品室中包含一个透明样品，光束通过样品时会受到干涉现象的影响。
光束在样品中传播时，根据样品的光程差，两条光线的相位会产生相位差。
当两个光束重新相遇时，它们会发生相位干涉，形成干涉图案。
探测器用于检测干涉信号的强度和相位。
马赫-曾德尔干涉仪中的光程差是通过复合可调反射镜来控制的。
这个反射镜是由两个部分组成的，一个是高反射镜，一个是半透镜。
高反射镜用来反射光线，半透镜则用来让一部分光线通过。
通过移动这个复合可调反射镜，可以调整光线的相位差，从而改变干涉图案。
在实际应用中，我们可以通过改变反射镜的位置或者旋转样品，来改变干涉图案的形状。
通过观察干涉图案的变化，我们可以得到样品的光程差信息。
根据不同的干涉图案，我们可以计算出样品的厚度和折射率等光学性质。
马赫-曾德尔干涉仪在科学研究和工程应用中具有重要的作用。
它可以用于测量薄膜的厚度和折射率，也可以用于检测光学器件的性能。
在材料科学中，马赫-曾德尔干涉仪也可以用来研究材料的光学性质和表面形貌。
此外，马赫-曾德尔干涉仪还可以用于生物医学领域，例如测量细胞的厚度和活动性。
总之，马赫-曾德尔干涉仪利用光的干涉现象来测量光程差，通过改变光线的相位差来调整干涉图案的形状，从而得到样品的光学性质信息。
它在光学测量、材料研究和生物医学等领域都有广泛的应用。
这种干涉仪具有精密度高、操作简单等特点，已经成为光学实验室中常用的仪器之一。
-、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。
马赫—曾德（M—Z）光纤干涉实验随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。
“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。
传感器定义：能感受规定的被测的量，并按照一定规律转换成可用的输出信号的器件或装置称为传感器。
光纤传感器有两种，一种是通过传感头(调制器)感应并转换信息，光纤只作为传输线路：另一种则是光纤本身既是传感元件，又是传输介质。
光纤传感器的工作原理是，被测的量改变了光纤的传输参数或载波光波参数，这些参数随待测信号的变化而变化，光信号的变化反映了待测物理量的变化。
以光纤取代传统马赫—曾德 (M-Z)干涉仪的空气隙，就构成了光纤型M-Z干涉仪，如图1所示。
这种干涉仪可用于制作光纤型光滤波器、光开关等多种光无源器件和传感器，在光通信、光传感领域有广泛的用途，其应用前景广阔。
图1 光纤型M-Z干涉仪一、实验目的1、了解马赫—曾德M—Z干涉的原理和用途；实验操作调试M—Z干涉仪并进行性能测试。
2、了解压力传感的原理，操作光纤压力传感原理实验。
3、了解温度传感的原理，操作光纤温度传感原理实验。
二、实验仪器用具He-Ne激光器1套；光纤M-Z干涉仪1套；633nm单模光纤1根；光纤切割刀1套等。
三、M-Z干涉仪原理实验1、原理光纤型M-Z干涉仪实际上是由分束器构成。
当相干光从光纤型分束器的输入端输入后，在分束器输出端的两根长度基本相同的单模光纤会合处产生干涉，形成干涉场。
干涉场的光强分布(干涉条纹)与输出端两光纤的夹角及光程差相关．令夹角固定，那么外界因素改变的光程差直接和干涉场的光强分布(干涉条纹)相对应。
2、实验操作(1)按图2所示仔细将光耦合进光纤分束器的输入端，此时可用光能量指示仪监测，固定好位置；精心调试分束器输出端两根光纤的相对位置，使其在会合处产生干涉条纹。
(2)固定调试好的相对位置，分析观察到的现象。
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：
2
2
22
11012122222
2201212cos ()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：
[][]2
1112002
2222001
1cos(2/)21
1cos(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。
另外，根据图2，还可以得到一个重要的结论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为12,υυ的光波时，如果二者的频差
21∆=-υυυ与干涉仪自由程
F 满足关系式(1/2)∆=+K F υ (0,1,2,=⋅⋅⋅K )，则可以实现两
个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。
2、马赫－曾德干涉仪的滤波原理 马赫－曾德滤波器结构如图3所示：
图3 马赫－曾德干涉仪滤波器原理图
输入光功率i P 经第一个3dB 耦合器等分为1i P 和2i P 两部分，他们分别在长度为1L 和
2L 的光波导中传输后，经过第二个3dB 耦合器合在一起。
设输入光功率i i i P E E *∝∙，则输入光的电场强度可以表示为：
i t i l E Ae i ω=
其中l i 表示光的偏振方向上的单位矢量。
经过第一个3dB 耦合器将输入光分成两束，每
束光功率可表示为：
2
122
i i A P P == 假设经过1L 和2L 的传输后，两束光的偏振方向保持不变，则他们的电场强度分别为：
12(/)(/)
12; i t L v i t L v l l E i E i ωω--=
= 式中v 为波导中光的传播速度。
经过第2个耦合器后，总电场强度为：
12(/)(/)
12E ]i t L v i t L v E E e e ωω--=+=
+ 输出光功率：
2221212()[1cos ]cos [()]2o A L L P E E A L L v v
ωπυ
*
-∝⋅=+=-
三、实验内容：
利用OptiBPM6.0设计已和MZI 干涉仪，并分析仿真结果。
四、实验方法：
1、创建材料库：
Materials －Diffused ：
Crystal name: Lithium_Niobate
Crystal cut :Z
Propagation direction:Y Materials －Dielectric1：
Name: air
Refractive index ：1.0
Profiles －Diffusion-Ti:LiNbo3 Name: TiLiNbO3
Group I －lateral diffusion length :3.5 Group I －Diffusion length in depth 4.2 2、晶体参数：
Waveguide Properties 参数：
Width ：8.0
Profile ：TiLiNbO3
Wafer Dimensions 参数：
Length: 33000 Width:100
2D Wafer Properties 参数：
Material ：Lithium_Niobate
3D Wafer Properties参数：
Cladding—Material: air
Cladding—Thickness: 2
Substrate—Material: Lithium_Niobate
Substrate—Thickness: 10
3、添加波导和输入平面：
Z position的值设置为0.0000。
4、仿真：
仿真参数：
Global Data页面－
Reference Index: Modal
Wavelength m: 1.3
2D页面－
Polarization: TM
Mesh—Number of points: 500
BPM solver: Paraxial
Engine: Finite Difference
Scheme Parameter: 0.5
Propagation Step: 1.3
Boundary Condition: TBC
在设置完仿真参数后运行仿真并观察仿真结果。
五、分析与问题
1、详细分析马赫－曾德干涉仪的相关原理；
1、分析两波导臂长度对移相器的影响。
六、提交报告要求：
提交的实验报告应有基本原理分析、设计流程图、处理结果和设计原程序。
七、参考文献：
(1) OptiBPM User’s Reference. Optiwave Corporation. 2003
(2) OptiBPM Technical Background and Tutorials. Optiwave Corporation，2003
(3) WDM中马赫-泽恩德干涉仪（MZI）应用及其性能分析。
洪媛，郑玉甫。
甘肃
科技，2005，21（1），62-63
(4) 马赫-曾德尔光纤干涉仪的研制及应用。
张洪喜。
计测技术，2006，26(1),,29-30
(5)光纤马赫—曾德干涉仪在自发布里渊散射测量中的应用。
何玉均，尹成群，李
永倩，张福才。
华北电力大学学报，2002，29（4），73-75
(6)光纤通信系统。
顾畹仪，李国瑞。
北京邮电大学出版社，1999。
