光纤微弯传感实验

当被测物理量变化引起光纤发生微弯变形，改变模式耦合，使纤芯中的光部分透入包层，造成传输损耗。微弯程度不同，泄漏光波的强度也不同，从而达到光强度调制的目的。由于光强度与位移之间有一定的函数关系，所以利用微弯效应可以制作光纤微弯位移传感器。微弯位移传感器又可分为亮场微弯位移传感器和暗场微弯位移传感器两种。前者是通过对纤芯中光强度的变化来实现信号能量的转换；而后者则检测包层中的光信号。本实验就是利用光纤微弯变形引起纤芯中传输的光波强度的变化来实现位移检测。

一 实验目的

1、了解光纤微弯损耗的原理及其特性；

2、学习利用微弯损耗测量位移的方法；

二 实验仪器

SYG多功能光纤实验仪、SYG—CC光纤微弯传感器(图4)。

图4  SYG—CC光纤微弯传感器

三 实验原理

SYG—CC光纤微弯传感器的原理结构如图5所示。当光纤发生弯曲时，由于其全反射条件被破坏，纤芯中传播的某些模式光束进入包层，造成纤芯中的光能损耗。为了扩大这种效应，我们把光纤夹持在一个周期波长为人的梳妆结构中。当梳妆结构(变形器)受力时，光纤的弯曲情况将发生变化，于是纤芯中跑到包层中的光能(即损耗)也将发生变化。近似的把光纤看成是正弦弯曲，其弯曲函数为：

                   （1）

图5

式中L是光纤产生微弯的区域，是其弯曲频率，为其弯曲波  长。光纤由于弯曲产生的光能损耗系数是 

              （2）

式中称为谐振频率。

                                        （3）

为谐振波长，和为纤芯中两个模式的传播常数。如果我们选择相邻钓两个模式，对光纤折射率为平方律分布的多模光纤可得

                         (4)

r为光纤半径，纤芯与包层之间的相对折射率差。由(3)和(4)可得

                       (5)

由以上分析可得下列结论：

1、光纤的弯曲频率时，光纤的微弯损耗最大。

2、光纤的微弯损耗与微弯振幅A的二次方成正比。

3、光纤的微弯损耗与微弯总长成正比。

3.4实验内容及要求

1、将微弯位移传感器与多功能光纤实验仪相连；

2、接通电源；

3、调动微弯位移传感器的螺旋测微器，记录此时的光功率值，同时记录此时螺旋测微器的示值；

4、每旋进25微米记录光功率值(注意：不要过力压迫光纤以免光纤被压断)。

5、将所得数据做成曲线，利用这条曲线对光纤微弯损耗的特性进行分析。