布拉格光纤光栅简述-淡江大学机械与机电工程学系

圖5所示。圖SEQ圖表\*ARABIC4布拉格光纖光柵在光纖中的折射率分佈圖SEQ圖表\*ARABIC5布拉格光纖光柵運作原理簡介2.4 布拉格波長布拉格式光纖光柵也可稱為短週期光纖光柵，依據光纖光柵的週期及折射率調變量是否一致分成均勻式（Uniform）及非均勻式（Non-uniform）兩種型態，本論文是選擇均勻式光罩來寫錄折射率調變量一致的光柵。當光波在光纖光柵內傳遞時，我們必須以耦合模態理論REF_Ref282459454\h[15]、REF_Ref282459461\h[16]、REF_Ref282459468\h[17]作基礎來分析。在光柵週期（）、波向量（）符合，波向量的正向傳導模和波向量的反向傳導模發生耦合時，滿足布拉格條件。這種情形也被認為是一連串的動量守恆。第三章解相位研究內容3.1 研究動機(1)練習Michelson干涉儀的架設及調整。(2)了解干涉原理。(3)利用Michelson干涉儀量測光源的波長。(4)利用Michelson干涉儀量測光源的同調長度。3.2 Michelson原理分光的干涉形態可分為兩種，最早的實驗之一，是1800年英國科學家楊格(ThomasYoung)，利用光線經過兩狹縫分光，而產生明暗相間的干涉條紋。這種分光的方法稱為波前分割(divisionofwavefront)。另一種分光的的方式，則是利用分光鏡(beam-splitter)，將入射光線一部分反射，另一部分穿透而形成，這種方法稱為振幅分割(divisionofamplitude)。本實驗的干涉形式即為振幅分割的方法。圖SEQ圖表\*ARABIC6Michelson干涉儀的架設邁克森干涉儀是利用平行的雷射光束為光源，經過分光鏡分割成反射及穿透兩道光束；反射光經由M1反射，以原路徑折返，穿過分光鏡，到達屏幕。穿透光則由M2反射，同樣由原路徑折返，再經由分光鏡反射，到達屏幕。兩道經由M1、M2反射的光束，其光程分別為d1、d2，若光程差為波長的整數倍且互相平行時，平幕上會出現同心圓的干涉條紋(若不平行時，仍會出現線狀干涉條紋)，此時光程差滿足下列公式：(SEQ方程式\*ARABIC1)如REF_Ref281914568\h圖6中所示，公式(1REF_Ref278312579\h)可改成公式(2REF_Ref278312702\h)(SEQ方程式\*ARABIC2)邁克森干涉儀中M2的反射鏡是可移動，設M2移動的距離為時，屏幕上通過某固定點上的干涉條紋數目為，此時干涉的條件滿足公式(SEQ方程式\*ARABIC3)之值可由測微器上直接讀出，代入公式(3REF_Ref278312778\h)中便可求出的大小。必須注意測微器的構造是利用槓桿原理而成，也就是說，測微器上的移動距離並不等於M2移動的距離，而必須乘上一個比例常數。另外由於雷射光束的直徑過小，所以往往在雷射光前加一面凸透鏡來放大光束，以利觀察。邁克森干涉儀除了可以求得平行雷射單色光的波長外，由於它的精確度很高，亦可用來區分波長差距很小的光譜，例如鈉光燈中相鄰的兩黃光波長。同時邁克森干涉儀也可以利用波程差的光學原理，找出物質的折射率。如果我們在M2前，放置一個可變化密度或壓力的空氣器，亦可藉此求出空氣密度(壓力)與折射率的關係。同學可以去想想看，利用相似的物理概念，要如何才能以實驗方式，找出他們的相關性3.3 實驗步驟調整雷射光束平行光學桌面：將雷射置於光學桌，利用基準板調整雷射光源，調整基準板，使雷射光源與光學桌面平行如REF_Ref281914644\h圖7。圖SEQ圖表\*ARABIC7平行光學桌面調整分光鏡姿態使雷射光束正向入射：將分光鏡置於雷射光源前，雷射光源進入分光鏡之後一部分會反射，調整分光鏡姿態，使經由分光鏡反射光進入雷射槍源如REF_Ref281914733\h圖8。圖SEQ圖表\*ARABIC8雷射光束正向入射調整分光鏡姿態使由分光鏡反射之光束平行光學桌面：雷射光經過分光鏡之後，分成兩道光源，利用基準板為依據，調整分光鏡，使反射光源平行光學桌面如REF_Ref281914783\h圖9。圖SEQ圖表\*ARABIC9調整分光鏡檢查反射鏡：檢查兩道光源是否有打在這兩面反射鏡上，調整反射鏡，使兩道光點在分光鏡上與原來的光源路徑重疊如REF_Ref281914836\h圖10。圖SEQ圖表\*ARABIC10檢查反射鏡調整反射鏡旋鈕使干涉條紋成為一條：兩道光束重疊於屏幕上，產生干涉條紋，微調兩反射鏡旋鈕，使干涉條紋成為一條如REF_Ref281914872\h圖11。圖SEQ圖表\*ARABIC11調整反射鏡3.4 注意事項(1)雷射發射器不可反覆開或關。(2)使用時嚴禁以器具或手指直接觸任何鏡面。(3)使用時嚴禁將眼睛正視發射器，或身體長時間在發射器照射下

3.5 研究結果第四章實驗結果與討論4.1 實驗討論在這次實驗結果，得知麥克森實驗會產生幾條干涉條紋，想得知相位差對干涉的關係，要利用接收到的光偵測器功率，經由DAQ數據擷取卡接受後再利用LabVIEW之後續訊號處理來顯示量測之動態結果。因為DAQ數據擷取卡在等待中，只好自己利用LabVIEW設定虛擬訊號，設定兩個完美的波形，取得SIN波、COS波值，解ARCTANGENT得知相位，可是角度卻只能介於/2至-/2之間，需要解決相位纏繞（Phasewrapping）。利用COS、SIN值的正負判別角度，就可以解決相位纏繞，如REF_Ref282271719\h圖13。由於綠線到紅線的波峰為，如REF_Ref282271740\h圖12，帶入麥克森公式可以算出麥克森干涉儀的位移，如REF_Ref282271896\h圖14，假如=，則位移剛好等於，由REF_Ref282273415\h圖15看出圖SEQ圖表\*ARABIC12相位移圖4.2 實驗數據圖SEQ圖表\*ARABIC13SIN波、cos波圖和、相位值圖圖SEQ圖表\*ARABIC14位移圖(單位:)

Phacurrentaccumulation()sincos0006.0226160-0.257750.9667016.0896750.135116-0.192310.9813356.152540.261784-0.130270.9914786.2153990.388439-0.067730.9977046.2782510.515078-0.004940.9999880.0579080.6416990.0578750.9983240.120740.7683010.1204470.992720.1835630.8948830.1825340.98320.2463771.0214470.2438920.9698040.3091821.1479930.3042810.9525860.3719811.2745260.3634630.9316140.4347751.4010490.4212090.9069710.4975661.5275670.4772920.8787540.5603571.6540850.5314940.8470730.6231511.7806090.5836020.8120510.685951.9071430.6334140.7738240.7487572.0336930.6807340.7325410.8115732.1602610.7253750.6883620.8743992.2868490.7671610.641460.9372362.413460.8059260.5920191.0000832.540090.8415160.5402321.0629392.6667390.8737880.4863051.1258032.7934030.9026120.4304511.1886722.9200780.9278730.3728921.2515443.0467580.9494690.3138571.3144163.1734390.9673130.2535811.3772853.3001160.9813350.1923051.4401513.4267840.9914780.1302741.503013.5534390.9977040.0677341.5658623.6800780.9999880.0049351.6287043.8066990.998324-0.057881.6915373.9333010.99272-0.120451.754364.0598830.9832-0.182531.8171734.1864470.969804-0.243891.8799794.3129930.952586-0.304281.9427774.4395260.931614-0.363462.0055714.5660490.906971-0.421212.0683624.6925670.878754-0.477292.1311534.8190850.847073-0.531492.1939474.9456090.812051-0.58362.2567465.0721430.773824-0.633412.3195535.1986930.732541-0.680732.3823695.3252610.688362-0.725382.4451965.4518490.64146-0.767162.5080325.578460.592019-0.805932.570885.705090.540232-0.841522.6337365.8317390.486305-0.873792.6965995.9584030.430451-0.902612.7594686.0850780.372892-0.927872.822346.2117580.313857-0.949472.8852126.3384390.253581-0.967312.9480826.4651160.192305-0.98134圖SEQ圖表\*ARABIC15一個的變化參考文獻[SEQ參考\*ARABIC1] K.O.Hill,Y.Fujii,D.C.Johnson,andB.S.Kawasaki,Photosensitivityinopticalfiberwaveguides:Applicationtoreflectionfilterfabrication,AppliedPhysicsLetters32,Canada,pp.647-649(1978).[SEQ參考\*ARABIC2] B.S.Kawasaki,K.O.Hill,D.C.Johnson,andY.Fujii,Narrow-bandBraggreflectorsinopticalfibers,OpticsLetters3,Canada,pp.66-68(1978).[SEQ參考\*ARABIC3] D.K.W.Lam,andB.K.Garside,Characterizationofsingle-modeopticalfiberfilters,AppliedOptics20,Canada,pp.440-445(1981).[SEQ參考\*ARABIC4] G.Meltz,W.W.Morey,andW.H.Glenn,FormationofBragggratingsinopticalfibersbyatransverseholographicmethod,OpticsLetters14,Canada,pp.823-825(1989).[SEQ參考\*ARABIC5] http://www.cranfield.ac.uk/sims/materials/damage/.[SEQ參考\*ARABIC6] H.J.R.Dutton,UnderstandingOpticalCommunications,PrenticeHallPTR,NewDelhi,India(2000).[SEQ參考\*ARABIC7] K.M.Djafar,andL.S.Lowell,Fiber-OpticCommunicationsTechnology,PrenticeHall,NewDelhi,India(2001).[SEQ參考\*ARABIC8] GKeiser,OpticalFiberCommunications,McGrawHill,NewDelhi,India(2000).[SEQ參考\*ARABIC9] Shu-HsiaWang,Theopticalphasegratingdiffractioninaquasistaticelectric-field-biasednematic-liquid-crystalfilm,NationalScienceCouncilmicrofilmGroup,Taipei,Taiwan(1990).[SEQ參考\*ARABIC10] G.N.Watson,ATreatiseontheTheoryofBesselFunctions,CambridgeUniversityPress,England,U.K.(1958).[SEQ參考\*ARABIC11] /yz4gg4o[SEQ參考\*ARABIC12] G.L.Cloud,OpticalMethodsofEngineeringAnalysis,TheSyndicatePress,NewYork,U.S.(1995).[SEQ參考\*ARABIC13] Chang-WeTan,HYPERLINK".tw:80/cgi-bin/gw/chameleon?sessionid=201003121601582515014&skin=tkulib&lng=zh-tw&inst=consortium&host=zsrv%2b3000%2bDEFAULT&search=SCAN&function=INITREQ&sourcescreen=INITREQ&elementcount=1&t1=study%20of%