一种融合多种光纤技术的物理实验装置及其实验方法

本发明属于光学实验，尤其涉及一种融合多种光纤技术的物理实验装置及其实验方法。

背景技术：

1、光纤传感器在海洋科学、土木工程、石油化工、航空航天等领域都有广泛的应用前景，具有电绝缘、抗电磁干扰、灵敏度高、耐高温耐腐蚀、传感器端无源因而本质安全，无需信号转换和放大器即可远距离传输，以及体积小、重量轻等优点。光纤传感器分为功能型和传光型两大类型，包括相位调制和波长调制等传感器。相位调制型光纤传感器通常利用光的干涉将相位变化转化为光强变化实现外界参量的检测，比如：压力或拉力、温度等，光纤马赫曾德尔干涉仪就是其中典型的一种；波长调制型最典型的就是光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅不仅在光纤通信领域有广泛的应用，在光纤传感领域也已经得到了非常广泛的应用。

2、现有的大学光学物理实验装置大多只能进行一项物理实验，做不同的实验需要换用不同的实验装置，非常不便，因此亟需一种融合多种光纤技术的物理实验装置及其实验方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种融合多种光纤技术的物理实验装置及其实验方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种融合多种光纤技术的物理实验装置，包括：

4、光源模组，用于提供光源；

5、实验模组，与所述光源模组连接，用于进行实验；

6、信号处理模组，与所述实验模组连接，用于接收处理所述实验模组发出的信号并显示实验结果；

7、所述光源模组包括光源组件和光纤布拉格光栅组件，所述实验模组包括滤波实验组件与马赫-曾德尔干涉实验组件，所述滤波实验组件与所述马赫-曾德尔干涉实验组件均与所述光纤布拉格光栅组件连接，所述滤波实验组件与所述马赫-曾德尔干涉实验组件均与所述信号处理模组连接；

8、所述马赫-曾德尔干涉实验组件内设置有杨氏模量测量实验机构以及光纤温度传感器试验机构。

9、优选的，所述光源组件包括：

10、宽带光源，用于发出光波；

11、光功率限幅器，与所述宽带光源通过光纤连接，所述光功率限幅器用于稳定光波的功率；

12、光环形器，入射口与所述光功率限幅器连通，所述光环形器的第一射出口与所述光纤布拉格光栅组件通过光纤连接，所述光环形器的第二射出口通过第一光纤耦合器分别与所述滤波实验组件以及所述马赫-曾德尔干涉实验组件连接。

13、优选的，所述光纤布拉格光栅组件包括：

14、悬梁臂，所述悬梁臂的一端通过固定座固接在所述信号处理模组上，所述悬梁臂的另一端悬空设置；

15、光纤布拉格光栅，设置在所述悬梁臂的悬空端，所述光纤布拉格光栅与所述光环形器的一个射出口通过光纤连接；

16、千分尺，固接在所述信号处理模组上，所述悬梁臂的悬空端伸入所述千分尺的测量处且与所述千分尺的测量端抵接。

17、优选的，所述滤波实验组件包括：

18、波长滤波器，与所述第一光纤耦合器的另一个射出口通过光纤连接，所述波长滤波器与所述信号处理模组通过光纤连接。

19、优选的，所述马赫-曾德尔干涉实验组件包括：

20、第二光纤耦合器，射入口与所述第一光纤耦合器的另一个射出口通过光纤连接，所述第二光纤耦合器设置有两个射出口；

21、第三光纤耦合器，两个射入口分别通过第一干涉臂、第二干涉臂与所述第二光纤耦合器的两个射出口连接，所述第三光纤耦合器与所述信号处理模组通过光纤连接。

22、优选的，所述杨氏模量测量实验机构包括：

23、两平行且对称设置的固定架；

24、两竖直设置的立柱，分别固接在两所述固定架的顶端中间处；

25、水平设置的固定杆，固接在两所述立柱的顶端之间；

26、两竖直设置的导向槽，分别开设在两所述立柱上，两所述导向槽的开口相对设置；

27、两导向块，分别竖直滑动连接在两所述导向槽内；

28、水平设置的活动杆，位于所述固定杆的正下方，所述活动杆的两端分别与两所述导向块固接；

29、砝码，可拆卸连接在所述活动杆的底面中间处；

30、金属丝，顶端固接在所述固定杆的底面中间处，底端固接在所述活动杆的顶面中间处；

31、所述第一干涉臂多次往返设置在两所述立柱之间，所述第一干涉臂的顶端与所述固定杆固接，所述第一干涉臂的底端与所述活动杆固接。

32、优选的，所述光纤温度传感器试验机构包括：

33、温度控制箱，所述第二干涉臂穿设在所述温度控制箱内；

34、温度控制器，与所述温度控制箱电性连接，所述温度控制器设置在所述信号处理模组内。

35、优选的，所述信号处理模组包括：

36、壳体，所述固定座以及所述千分尺均固接在所述壳体上；

37、第一光电转换器，设置在所述壳体内，所述第一光电转换器通过光纤与所述波长滤波器连接，所述波长滤波器连接有第一显示器，所述第一显示器设置在所述壳体上；

38、第二光电转换器，设置在所述壳体内，所述第二光电转换器与所述第三光纤耦合器的一个射出口连接，所述第二光电转换器连接有第二显示器，所述第二显示器设置在所述壳体上；

39、第三光电转换器，设置在所述壳体内，所述第三光电转换器与所述第三光纤耦合器的另一个射出口连接，所述第三光电转换器连接有第三显示器，所述第三显示器设置在所述壳体上。

40、一种基于所述的一种融合多种光纤技术的物理实验装置的实验方法，包括以下步骤：

41、所述光源组件发射光波，光波经所述光纤布拉格光栅组件反射后分成两部分，一部分光波进入所述滤波实验组件，然后进入所述信号处理模组，所述信号处理模组对信号处理并显示结果；

42、另一部分光波进入所述马赫-曾德尔干涉实验组件内分成第一光波和第二光波，所述第一光波经过所述杨氏模量测量实验机构，所述第二光波经过所述光纤温度传感器试验机构，所述第一光波和所述第二光波射出所述杨氏模量测量实验机构以及所述光纤温度传感器试验机构后耦合进入所述信号处理模组，所述信号处理模组对信号处理并显示结果。

43、优选的，在进行杨氏模量实验之前，调节所述光纤布拉格光栅组件至所述信号处理模组显示归零，此时所述马赫-曾德尔干涉实验组件的入射光波的波长对应马赫-曾德尔干涉实验组件的暗条纹，然后再通过所述杨氏模量测量实验机构进行杨氏模量实验。

44、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

45、本发明中的装置在使用时，通过光源组件发射光波，光波经光纤布拉格光栅组件反射后分成两部分，一部分光波进入滤波实验组件，然后进入信号处理模组，信号处理模组对信号处理并显示结果；xxx

46、另一部分光波进入马赫-曾德尔干涉实验组件内分成第一光波和第二光波，第一光波经过杨氏模量测量实验机构，第二光波经过光纤温度传感器试验机构，第一光波和第二光波射出杨氏模量测量实验机构以及光纤温度传感器试验机构后耦合进入信号处理模组，信号处理模组对信号处理并显示结果。

47、本发明将多种关联性实验巧妙地集成在一起，集成性好，可同时实现多种不同的光学实验测量微小位移、力学参数和温度，提高了新时代学生的知识拓展、动手能力和知识的关联和应用能力，开拓了学生的视野。