(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201721336455.6
(22)申请日 2017.10.18
(73)专利权人 哈尔滨理工大学
地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学
府路52号
(72)发明人 栾照辉 孙滨超
(51)Int.Cl.
G09B 23/22(2006.01)
G01B 11/02(2006.01)
(54)实用新型名称迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置(57)摘要本实用新型提供了一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，涉及光纤位移传感类教学仪器技术领域，具体涉及一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置。本实用新型是为了解决大学物理实验课程中迈克尔逊干涉实验只涉及关于光路的搭建和调试，内容单一枯燥，不利于学生深刻理解迈克尔逊干涉的实际应用的问题。本实用新型包括透明外壳、一号法兰接口、二号法兰接口、光纤耦合器、光隔离器、一号光纤跳线、二号光纤跳线、一号单模光纤、二号单模光纤、光纤固定架、微位移控制器。通过对迈克尔逊干涉的光纤位移传感器集成于一透明外壳内，降低了教学实验装置的制作成本， 提高了实验室原有实验设备的利用效率。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 207690371 U 2018.08.03
C N 207690371
U
1.迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：它包括透明外壳
（1）、一号法兰接口（2）、二号法兰接口（3）、光纤耦合器（4）、光隔离器（5）、一号光纤跳线
（6）、二号光纤跳线（7）、一号单模光纤（8）、二号单模光纤（9）、光纤固定架（10）、微位移控
制器（11）；
透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有立方体凹槽（1-1），且一号法兰接口（2）和二号法兰接口（3）位于透明外壳（1）的同一侧面；
立方体凹槽（1-1），所述的立方体凹槽底部带有微位移控制器导轨（1-1-1），且二号单模光纤（9）部分能穿过立方体凹槽（1-1）；
光纤耦合器（4）一侧分别连接一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7），另一侧分别连接一号单模光纤（8）和二号单模光纤（9），一号光纤跳线（6）另一侧连接一号法兰接口（2），二号光纤跳线（7）另一侧连接二号法兰接口（3），且一号光纤跳线（6）上带有光隔离器（5），且光纤固定架（10）和微位移控制器（11）位于立方体凹槽（1-1）两侧。
2.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的微位移控制器导轨（1-1-1）上带有刻度，微位移控制器（11）可在其上自由滑动和固定。
3.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的光纤耦合器（4）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50，且底部通过粘合的方式与透明外壳（1）的底板相连。
4.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的光隔离器（5）只能使光信号在一号光纤跳线（6）内沿一号法兰接口（2）向光纤耦合器（4）方向单向传输。
5.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7）长度相等。
6.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的二号单模光纤（9）位于立方体凹槽（1-1）的部分，其两端分别夹持于光纤固定架（10）和微位移控制器（11）上，且两端等高，这部分光纤为去掉涂覆层的裸光纤，且二号单模光纤（9）的端面镀有光反射膜。
7.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的一号单模光纤（8）端面镀有光反射膜，且一号单模光纤（8）的长度比二号单模光纤（9）的长度短1.3mm。
8.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，其特征在于：所述的微位移控制器（11）带有距离微调旋钮，且距离微调旋钮带有刻度，通过微位移控制器导轨（1-1-1）上的刻度和距离微调旋钮上的刻度可读出光纤固定架（10）与微位移控制器（11）的距离。
权 利 要 求 书1/1页CN 207690371 U
迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及光纤位移传感类教学仪器技术领域，具体涉及一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置。
背景技术
[0002]迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪，是许多近代干涉仪的原型，用它可以观察光的等倾干涉条纹、等厚干涉条纹等干涉现象，也可以作为研究温度、位移、电场、磁场等因素对光线传播的影响，同时还可以测定单光的波长、光源和滤光片的相干长度等，是一种用途很广泛的验证和研究基础理论的常用实验仪器。迈克尔逊干涉仪的调整原理、方法及其使用在众多光学仪器中具有一定的代表性，学习调整和使用迈克尔逊干涉仪可为使用更复杂和精密的光学仪器打下良好的基础，对学生能力的培养起到重要的作用，因此成为大学物理实验中不可缺少的经典实验之一。
[0003]大学物理实验课程中的迈克尔逊干涉实验。学生通过对相关实验光路的搭建和调节，了解学习迈克尔逊干涉仪的原理、发生干涉的条件并观察实验现象。实验内容相对单一且比较枯燥，不利于学生对传感器原理的深入理解同时无法掌握迈克尔逊干涉的实际应用。因此，有必要加入迈克尔逊干涉实际应用的实验课程。
[0004]光纤传感技术的发展始于20世纪70年代，是光电技术发展最活跃的分支之一。由于光纤独有的优势，因此光纤传感技术一经问世就得到极大的重视，几乎在各个领域得到研究和应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术的蓬勃发展。光纤位移传感原理相对简单，更容易实现相关实验光路的搭建。将迈克尔逊干涉仪和光纤位移传感结合，对学生掌握迈克尔逊干涉的实际应用有着更直观的意义。
发明内容
[0005]本实用新型的实施实例提供了一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，是为了解决大学物理实验课程中迈克尔逊干涉实验只涉及关于光路的搭建和调试，内容单一枯燥，不利于学生深刻理解迈克尔逊干涉的实际应用的问题。
[0006]为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：
[0007]提供了一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，该光纤位移传感教学实验装置包括包括透明外壳（1）、一号法兰接口（2）、二号法兰接口（3）、光纤耦合器（4）、光隔离器（5）、一号光纤跳线（6）、二号光纤跳线（7）、一号单模光纤（8）、二号单模光纤（9）、光纤固定架（10）、微位移控制器（11）；
[0008]透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有立方体凹槽（1-1），且一号法兰接口（2）和二号法兰接口（3）位于透明外壳（1）的同一侧面；
[0009]立方体凹槽（1-1），所述的立方体凹槽底部带有微位移控制器导轨（1-1-1），且二号单模光纤（9）部分能穿过立方体凹槽（1-1）；
[0010]光纤耦合器（4）一侧分别连接一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7），另一侧分别
连接一号单模光纤（8）和二号单模光纤（9），一号光纤跳线（6）另一侧连接一号法兰接口（2），另一侧连接二号法兰接口（3），且一号光纤跳线（6）上带有光隔离器（5），且光纤固定架（10）和微位移控制器（11）位于立方体凹槽（1-1）两侧。
[0011]所述的微位移控制器导轨（1-1-1）上带有刻度，微位移控制器（11）可在其上自由滑动和固定。
[0012]所述的光纤耦合器（4）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50，且底部通过粘合的方式与透明外壳（1）的底板相连。
[0013]所述的光隔离器（5）只能使光信号在一号光纤跳线（6）内沿一号法兰接口（2）向光纤耦合器（4）方向单向传输。
[0014]所述的一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7）长度相等。
[0015]所述的二号单模光纤（9）位于立方体凹槽（1-1）内的两端分别夹持于光纤固定架（10）和微位
移控制器（11）上，且两端等高，且这部分光纤为去掉涂覆层的裸光纤，且二号单模光纤（9）的端面镀有光反射膜。
[0016]所述的一号单模光纤（8）端面镀有光反射膜，且一号单模光纤（8）的长度比二号单模光纤（9）的长度短1.3mm。
[0017]所述的微位移控制器（11）带有距离微调旋钮，且距离微调旋钮带有刻度，通过微位移控制器导轨（1-1-1）上的刻度和距离微调旋钮上的刻度可读出光纤固定架（10）与微位移控制器（11）的距离。
[0018]本实用新型的有益效果是：本实用新型对大学物理实验中的迈克尔逊干涉实验实用化方向进行了延伸：将迈克尔逊干涉仪与光纤位移传感结合，制作了高集成度的迈克尔逊干涉的光纤位移传感实验演示装置。通过一个透明外壳承装和固定迈克尔逊干涉所需的实验仪器和微位移控制装置，集成度高。该实验演示装置可通过两个法兰端口与实验室中的光源和光谱仪相连，大大降低了实验设备的投入成本同时提高了实验室原有设备的利用效率。该教学实验设备外壳采用透明材料制作，可使实验学生直观清晰地看到内部光路，便于学生对迈克尔逊干涉仪的实际应用进行系统学习，加深对其相关实用化内容的了解和掌握。演示装置集成微位移控制器，并且微位移控制器和其导轨上带有距离刻度的标尺，可通过该刻度标尺读出光纤位移的大小，得到位移与光谱变化的对应关系。该教学实验设备具有集成度高、操作简单、直观清晰、制作成本低廉等优点。
附图说明
[0019]图1为迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置。
具体实施方式
[0020]下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
[0021]如图1，本实施方式所述的一种迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置，该光纤位移传感教学实验装置包括包括透明外壳（1）、一号法兰接口（2）、二号法兰接口（3）、光纤耦合器（4）、光隔离器（5）、一号光纤跳线（6）、二号光纤跳线（7）、一号单模光纤（8）、二号单模光纤（9）、光纤固定架（10）、微位移控制器（11）；
[0022]透明外壳（1），所述的透明外壳（1）为立方体结构，其内包含有立方体凹槽（1-1），
且一号法兰接口（2）和二号法兰接口（3）位于透明外壳（1）的同一侧面；
[0023]立方体凹槽（1-1），所述的立方体凹槽底部带有微位移控制器导轨（1-1-1），且二号单模光纤（9）部分能穿过立方体凹槽（1-1）；
[0024]光纤耦合器（4）一侧分别连接一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7），另一侧分别连接一号单模光纤（8）和二号单模光纤（9），一号光纤跳线（6）另一侧连接一号法兰接口（2），另一侧连接二号法兰接口（3），且一号光纤跳线（6）上带有光隔离器（5），且光纤固定架（10）和微位移控制器（11）位于立方体凹槽（1-1）两侧。
[0025]所述的微位移控制器导轨（1-1-1）上带有刻度，微位移控制器（11）可在其上自由滑动和固定。
[0026]所述的光纤耦合器（4）为四端口耦合器，在其两侧分别带有两端口，且每侧端口的耦合比均为50:50，且底部通过粘合的方式与透明外壳（1）的底板相连。
[0027]所述的光隔离器（5）只能使光信号在一号光纤跳线（6）内沿一号法兰接口（2）向光纤耦合器（4）方向单向传输。
[0028]所述的一号光纤跳线（6）和二号光纤跳线（7）长度相等。
[0029]所述的二号单模光纤（9）位于立方体凹槽（1-1）内的两端分别夹持于光纤固定架（10）和微位移控制器（11）上，且两端等高，且这部分光纤为去掉涂覆层的裸光纤，且二号单模光纤（9）的端面镀有光反射膜。
[0030]所述的一号单模光纤（8）端面镀有光反射膜，且一号单模光纤（8）的长度比二号单模光纤（9）
的长度短1.3mm。
[0031]所述的微位移控制器（11）带有距离微调旋钮，且距离微调旋钮带有刻度，通过微位移控制器导轨（1-1-1）上的刻度和距离微调旋钮上的刻度可读出光纤固定架（10）与微位移控制器（11）的距离。
[0032]在使用时，先将微位移控制器在微位移控制器导轨上进行位置归零，再调节微位移控制器上的距离微调旋钮使其归零，将二号单模光纤夹持在光纤固定架和微位移控制器上。将宽带光源通过一光纤跳线与一号法拉接口连接，光谱仪通过一光纤跳线与二号法拉接口连接。打开宽带光源开关和光谱仪开关。待宽带光源的光信号输出稳定后调节微位移控制器在微位移控制器导轨上的位置，调节距离微调旋钮，读出相应位移大小，通过记录光谱仪上不同位移的光谱可得到位移变化与光谱漂移的关系。
[0033]工作原理：
[0034]迈克尔逊干涉的光纤微位移传感教学实验演示装置：
[0035]工作过程：先将微位移控制器在微位移控制器导轨上进行位置归零，再调节微位移控制器上的距离微调旋钮使其归零，将二号单模光纤夹持在光纤固定架和微位移控制器上。将宽带光源通过一光纤跳线与一号法拉接口连接，光谱仪通过一光纤跳线与二号法拉接口连接。打开宽带光源开关和光谱仪开关。
光信号经一号法兰接口进入该演示装置。光信号在演示装置内先经过一号光纤跳线到达光纤耦合器，经光纤耦合器后光被分成两束，其中一束到达一号单模光纤作为迈克尔逊干涉的参考光束。另一束光到达二号单模光纤，作为迈克尔逊干涉的传感光束。当位移变化时，二号单模光纤受光纤固定架和微位移控制器的夹持移动发生形变，导致其内传输光的光程发生改变。两束光分别反射回光纤耦合器并在光纤耦合器内产生干涉。干涉光束经二号光纤跳线到达二号法兰接口处，该光信号被光
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