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1、光纤温度传感器特性研究岳绍圣（和大学物理学院，武汉430072）摘要：采用光纤双光束干涉的方法，测定并研究了其干涉条纹随温度的变化，最后与理论值进行了比较,同时针对实验过程中遇到的问题，对实验装置及测量方法提出了一些建议。关键词：干涉；光纤；温度特性中图分类号：TN25文献标志码：AExperimentalStudyofOpticalFiberTemperatureSensorShaoshengYueSchoolofPhysicsandTechnologyWuhanUniversity}HubeiWuhan43007
2、2Abstract:Usethemethodofopticalfiberdoublebeaminterference,measureandstudythechangeofitsinterferencefringealongwithtemperature,finallycomparedwiththetheoreticalvalue,atthesametime,aimingattheproblemsintheexperimentalprocess,putsforwjirdsomeSuggestionsofexperime
3、ntaldeviceandmeasurementmethod・Keywords：Interference;opticalfiber;temperaturecharacteristic光纤折射率不仅是波长的函数,而且与光纤的环境温度密切相关。光纤折射率是光纤设计与制作的重要参数之一，也是商用化光纤产品的特性参数。光纤折射率的温度相关特性对于光纤光缆设计、光纤传感器设计、光纤探测仪器和光纤测试等具有重要意义。光通过在光纤内部的传输，受到外界因素（如温度等）的影响，光波的振幅、光强、香味、偏振态等会发生变化。所以，如果测出
4、这些光的参量随外界因素的变化规律便可利用光纤实现各种传导功能。然而在本次研究性实验中，遇到了一系列的困难，比如，干涉条纹过细，极难做到长时间用眼睛观测;升温速度过快，來不及数条纹的移动数目。针对诸多问题，本文给出了一些建议。2原理和仪器本次研究性实验使用的仪器为：防震台、He-Ne激光器、石英光纤、加热管、刻度尺、读数显微镜。用激光器照射两根紧贴放置的形状一样的光纤的一端，由于激光相干性极高，在另一端能观察到明显的干涉条纹，通过改变其中一根光纤的局部温度，导致光纤内部折射率改变，从而光程发生变化，反映在干涉条纹上，即
5、能观察到干涉条纹移动，记录条纹移动级数N,进而求的折射率改变，调节温度，得到该光纤折射率随温度变化关系。I
6、谀数显彊镜HeNe激光;S光纤2加热器•图1干涉法测光纤折射率的温度特性装置图令通过加热器的光相位为0,波长为2,加热器屮光纤的长度为厶，光纤折射率为〃，则有:（p=—nL屮A当温度改变导致光纤折射率和长度改变时:2兀厂(n+A/?)(L+AL)-nL~^匕乎(〃△厶+LA/?)考虑受温度影响，上式化为：(p271(nALLTrlAT+ZAT对于石英玻璃光纤1.456,A/?/AT=lxlQ-7"C,
7、线膨胀系数△厶/厶・AT=5xlO'7"C,试验用氨氛激光器波长约632.8nm,带入即可得2兀厶△卩Z即单位长度光纤变化单位温度产生的条纹移动为17级。当=17.0x2〃％d/仙・"C）3实验过程1.组建实验仪器，并在读数显微镜中调节出清晰明亮的干涉条纹（1）将两根长度形状一致的光纤的两端削平，并露出石英部分。两根光纤的两端部分紧贴放置并用橡皮泥固定在架子上。（2）用激光器照射其中一端，使光线均匀进入两根光纤。（3）观察出射端两朿光，同时调整激光器入射位置，使两朿光强度一致。（4）在另一端用读数显微镜观察，调整得到
8、清晰干涉条纹。2.启动加热装置，改变其中一根光纤局部温度，记录条纹随温度变化的移动情况（1）从室温开始，以此时条纹位置为零点，打开加热器开始加热。（2）从室温一直加热到100°C为止，根据温度计示数，间隔5°C记录下条纹级数。3.测量加热部分光纤长度，处理数据（1）用直尺测量加热器筒屮加热部分长度Lo（2）将得到的温度和对应条纹级数用origin拟合得到AA^-AT关系图，比较斜率与理论值。4数据与分析表1条纹级数N与对应温度T关系温度肌464850525456586062646668707274767880条觴动N
9、0717273545546373828897105ll4122134143151谧度肌828486889092949698I00102104106108HO112114116綁动N162167177184I9l199205215221228236248255264273282291300图1条纹级数N与对应温度T关系325-300-275-25
