基于干涉理论的光纤马赫泽德尔干涉仪分析研究

　　传感器技术是现代技术竞争的核心技术之一，已为国内外所公认[1]。光纤传感器就是利用光纤将待测量在光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调 制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测量值的一种装置。全光纤的Mach-Zehnder 干涉仪是一种重要的干涉器件，广泛应用于光纤传感和光纤通讯领域。

　　一、马赫泽德尔干涉仪的传输特性分析

　　全光纤Mach-Zehnder 干涉仪结构如图1 所示，两耦合器C1 和C2 起着光分路的作用[2]，假设两耦合器能量分光比分别为k1，k2。我们只考虑了某个偏振方向的耦合，在忽略各自的双折射和偏振态演化的前提下，自 port1 输入的单位光强的光分为两列光波，经耦合器 2 后在端口3 和端口4 输出的干涉光场可表示为：

　　两个耦合器的分光比取不同值时，这两种类型的器件将具有不同的输出谱线。下面就全光纤Mach-Zehnder 干涉仪端口4处的输出谱T4进行讨论。

　　二、数值计算模拟仿真曲线与分析

　　(一)耦合器分光比k1=k2=k情况下的光谱输出谱线

　　如果两个耦合器的分光比相等，取k1=k2=k 分别为0.1，0.15，0.3，0.5;在模拟中取臂长差Δl=3.1mm，模拟结果如图2所示：

　　图2为T4在K取不同值时的输出谱线变化情况，可见在谱线的波长域也是由一系列等间距的透射峰组成，k取值不同，T4的周期保持不变，输出功率发生了改变，消光比也改变。 选择不同的k值，会有不同的输出功率。

　　(二)耦合器分光比k1=0.5，k2取不同值情况下的光谱输出谱线

　　图3为T4在k2取不同值时随βΔl的变化曲线，可见其透射峰位于2π的整数倍位置上，当k2取值从0.1到0.5时 ，所得曲线的消光比依次增大，说明了在干涉理论中，其他条件相同的情况下，相干光的振幅越接近，其干涉越强烈，即消光比越大[3]。图4为k2在取不同值 时波长域的T4谱线。随着k2的增大，谱线的消光比也增大，k2=0.5时达到最大。k2=0.01时曲线出现趋向平坦的情况，这是由于耦合器C2分光比 太小造成的两相干光的振幅相差太大而造成的干涉太弱， 即T4的消光比太小。

　　三、结论

　　本文利用干涉分析方法，对全光纤马赫泽德尔干涉仪的特性进行了分析与数值模拟，从数值模拟的图形可以得出全光纤马赫德泽尔干涉仪耦合器参数分光比的改变引起输出光谱的变化，从而为利用干涉仪进行相位变化检测提供了理论依据。

　　参考文献：

　　[1]杨国光.近代光学测试技术 [M].北京 ：机械工业出版社，1986：8-9.

　　[2]孙圣和，王廷云，等.光纤测量与传感技术 [M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2000：106-117.