正弦相位调制双法布里－珀罗干涉术的实验研究

讨论了光纤传光、正弦相位调制的双法布里－珀罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）干涉术实验结果．通过光强信号的傅里叶分析，证实基频幅值和相位均含谐振腔长度或程函变化信息，从而提出实现基频相位或幅值测量的时间间隔测量法或幅值整流基频幅值测量法．在已研制的实验装置上，测试两种方法的灵敏度阈，结果表明：作者提出的平行双通道结构和光纤传光的测试方法能补偿谐振腔温漂影响，简化信号处理过程，更适合实时测量．     

光纤Fabry-Perot谐振腔的精细度对相位灵敏度的影响

分析了光纤Fabry-Perot谐振腔的工作原理及其工作点的选择问题，推导了谐振腔的光学相位灵敏度与精细度的关系，给出了理论公式及曲线，并与光纤Math-Zehnder干涉进行了对比，指出了在相位灵敏度上两者的巨大差距，证明了光纤Fabry-Perot干涉的独特优点.介绍了光纤Fabry-Perot干涉的实验系统，提出了检测及计算Fabry-Perot谐振腔有效精细度的方法，实验结果与理论仿真基本吻合.     

基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔,每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤,三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件,光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉,以及干涉信号的相位小数重合方法,实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量,三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中,两相邻波长间距约为10nm.系统对公称高度为11mm修正值不大于2.7μm的台阶高度进行测量,测量结果为11.000 059mm.对13.000 090mm绝对距离重复测量20次的标准差为4.4nm.     

检测法布里-珀罗滤波器传输时延的谐振腔方法

提出一种谐振腔方案用于测量法布里-珀罗滤波器的光传输时延.将法布里-珀罗滤波器置于谐振腔中,根据谐振腔长与谐振频率的关系,将滤波器的传输延时量转化为谐振基频的减小量进行测量.实验测得谐振基频的变化量为0.167MHz,对应谐振腔长的变化量为3.570m.除去器件的尾纤等包装长度,滤波器的传输延时为1.542m.该方案不依赖于镜面反射系数、精细度等滤波器参数,可顺利测得光信号经过高精细度法布里-珀罗滤波器的传输时延,甚至可实现很小尺寸的滤波器时延测量.通过谱分析法测量得到延时量为1.581m,验证了实验结果的正确性.     

汤姆逊硬X射线源中锁模脉冲激光稳频方法

 汤姆逊硬X射线源中，光阴极微波电子枪要求触发激光脉冲与腔中微波场相位的精确时间同步。理论分析了锁模脉冲激光器相位噪声，探讨了对激光脉冲相位探测和控制的方法，并通过实验构建了激光相位抖动测量系统和锁相环稳频回路，用基频鉴相信号驱动压电陶瓷晶体改变谐振腔长，实现了从开环3.42 ps到闭环1.46 ps的均方根相位抖动的测量和控制。     

基于时频共传的光纤链路时延测量方法

针对光纤链路大量程、高精度时延的测量要求,提出了秒脉冲信号与频率信号同波长共传方案。该方案将秒脉冲计数法粗测与频率信号比相法细测的结果拼接组合,以实现对光纤链路真时延的高精度测量。搭建了实验测量系统,验证了粗、细测量结果的一致性,测量了剧烈温变条件下25 km光纤链路的绝对时延及其时延变化。实验结果表明,该方法能够将脉冲计数法的大量程优势和相位测量法高分辨率优势有效融合。     

单幅对称变形相位图分离二维变形分量的相移电子散斑干涉技术

提出了利用相移电子散斑干涉测量物体二维变形分量的方法.单光束照明的传统电子散斑干涉技术,测量得到的是一幅物体变形的混合相位场.当物体具有对称变形时,可由这一幅相位图求得二维变形分量.方法是将该相位图镜像翻转得到第二幅相位图,通过二幅相位图的叠加、复位和分离运算,获得物体的二维变形场的分量值.利用三点加载的简支梁进行了实验,给出了实验结果,并与对称光照明实验结果进行了对比,验证了该方法的正确性.     

基于光纤3×3耦合器干涉仪及相位跟踪的振动测量系统

研究了基于光纤3×3耦合器迈克尔逊干涉仪及反馈跟踪相位变化的振动测量系统。该测量系统包含两个反馈控制环节:一个反馈控制环节用于补偿由于环境干扰引起的相位随机漂移;另一个反馈控制环节用于跟踪由于振动引起的相位变化,从而实现对振动幅值及振动方向的测量。该系统可对频率为1.5~200Hz的振动进行测量,测量分辨率可达到10nm。     

一种基于反馈环的全光纤干涉型传声器

设计了一种基于光纤反馈环的全光纤干涉型传声器，它直接利用声压作用于光纤时产生的光弹效应对光相位进行调制，并通过3×3耦合器构建的反馈环结构形成干涉效应，从而使得输出光信号经光电转换和放大后可以直接驱动扬声器还原出原输入语音信号。我们从理论和实验上对这种全光纤传声器进行了研究，在该传声器的重要参数测量方面均取得了较好的效果。     

基于双弹光差频调制的中红外波片相位延迟高精度测量

提出了一种基于双弹光差频调制的中红外相位延迟精确测量方法。通过两个硒化锌型弹光调制器(PEM)的差频降低系统调制频率,产生载有被测相位延迟的低频调制信号,调制后的1倍差频幅值和2倍差频幅值相除可求得被测波片的相位延迟。该方法可有效抑制光强波动及PEM相位延迟波动对测量的影响,提高测量精度。对测量原理进行了理论推导,设计了硒化锌型PEM和实验系统。实验结果表明,相位延迟测量误差不大于0.004%,灵敏度可达5×10~(-4) rad。     

Proposal of dual-heterodyne-mixing method and application to high-speed waveform measurement using low-speed equipments

A novel method to measure a relative phase between frequency-different optical wavelengths has been proposed and named as Dual-heterodyne-mixing method. The operation principle of the method is represented, where the relative phase is simply described as dc voltage. The operation principle was experimentally confirmed with 0- and π-phase-different optical pairs generated by an intensity modulator. Also, it has been applied for a high-speed signal sensing with a high-resolution amplitude spectrum measurement method. A 12.5 Gbps signal sensing with 1/63 relatively low-speed photodetector (200 MHz) was demonstrated.     

激光多普勒微振动信号的直接强度解调

在传统的激光多普勒测振方法中,频移信号的检测通常需要具有比较复杂的频率或相位解调系统。从激光多普勒频移和干涉理论出发,提出了一种测量振幅小于纳米量级的方法———直接强度解调法。分析了直接强度解调法的适用范围。实验中利用了迈克尔逊干涉仪结构,采用了直接强度解调的方法。对振幅约为1nm的振动信号来说,其信噪比为23dB。     

相位调制激光多普勒频移测量方法的改进

本文对现有相位调制激光多普勒频移测量方法进行了改进,通过定义新的鉴频参量来同时利用相位调制信号直流和交流分量中的有用信息进行多普勒频移测量.由于相位调制信号直流分量中包含着调制信号光的Fabry-Perot干涉仪光强透过率,所以这一改进本质上是将基于Fabry-Perot干涉仪的边缘技术激光多普勒频移测量方法的优势引入到相位调制测量方法中,以提高其自身的性能.理论上证明改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法无需对信号光的光强进行测量,所以可以进一步简化探测系统的结构和较少噪声混入的通道.另外,通过对改进前后鉴频和测量灵敏度曲线进行对比,还证明了其具有更高的测量灵敏度和动态范围.实验上对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,不但证明了理论的正确性,而且证明了改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法,测量动态范围提高约1倍,测量标准偏差降低约35%.     

小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

Simultaneous measurement of several near-parallel surfaces with wavelength-shifting interferometry and a tunable phase-shifting method

Wavelength-shifting interferometry can distinguish in frequency space interference signals from different surfaces, and therefore allows the measurement of optical thickness variation between several quasi-parallel surfaces of a composite transparent object. Frequency analysis of the signal spectrum with a tunable phase-shifting formula can then detect the phase of the individual signals. We have devised a tunable phase-shifting method which uses a freely adjustable number of intensity samples and can be adapted to any frequency spectrum. To extract the signal reliably, two properties of the phase-shifting method are particularly important: it should suppress cross-talk from unwanted frequencies, and it should allow for some variation in the signal frequency. We show that a carefully designed sampling function envelope will combine these benefits, and demonstrate the technique in measurements of three different composite objects each consisting of three reflecting surfaces. The importance of phase-shift linearisation is discussed, and methods for selecting optimal set-up parameters are given.     

光寻址电位传感器的正交相位检波检测方法

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.     

Antenna phase pattern measurements at millimeter wave frequencies using the differential phase method with only one power meter

The differential phase measurement method has been improved to need the use of only one power meter instead of three power meters. This enables accurate antenna phase pattern measurements with a simplified set-up, accompanied by the reduction in cost. All advantages of the differential phase measurement method are still also available, e.g. there is no need to phase lock oscillators or to use rotary joints. The measurement results for an antenna at 110 GHz are presented. A good agreement with earlier data was obtained.     

Comparison between instantaneous and integral intensities in dynamic speckle pattern interferometry

A new speckle measurement technique called temporal speckle pattern interferometry or time sequential speckle pattern interferometry has been developed recently. Its principle is that by capturing the temporal speckle patterns related to the object deformation or displacement, the whole-field displacement, the amplitude of the vibrating object and the shape of the tested object can be calculated through speckle intensity fluctuation scanning technique or Fourier-transforming method. In this paper, we combine the analytical and numerical methods to simulate the properties of the time demodulation in temporal speckle patterns interferometry techniques. The performance of three kinds of temporal phase sequences, power, exponential and harmonic phase sequences, are studied with the parameters of temporal speckle intensity fluctuation, the value of the spatial phase term, optical integral time of the recording camera and the initial phase of the temporal speckle intensities. The results indicate that the normalized value and period change of the instantaneous intensity are nearly coincident with that of the integral intensity for the harmonic temporal phase sequences and are different for the power and exponential temporal phase sequences.     

基于相位分析的时间平均数字全息测振研究

传统的时间平均全息术通过对再现像光强分布的测量来实现振幅分布的检测,由于噪音影响往往得不到满意的结果.第一类零阶贝塞尔函数相位只有0和π两个取值,所以利用再现光场的相位可以确定振幅分布.理论分析发现,以往的讨论忽略了照明光之间位移引起的相位变化,研究通过叠加一个相位因子对此进行了修正,并利用贝塞尔函数平方的相位特点提出了消除该相位因子的办法.实验结果表明,该相位因子确实存在并影响测量,用本文所提出的方法可以很好地消除该相位因子的影响,使利用时间平均数字全息再现光场的相位检测振动物体的振幅分布变得方便和准确.