基于复合干涉的光纤低相干干涉传感系统研究

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪,其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化,可实现远程测量;另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术,使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值,对被测量实现绝对测量,并使测量量程不受波长限制;同时,用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6mm,测量分辨率小于1nm,位移实验结果的线性相关系数R为0.99。     

准相干干涉法测量光纤群折射率

介绍了用准相干干涉法测量光纤群折射率的方法。通过准相干干涉定位 ,用精密光栅数显系统测长 ,由计算机采集并处理数据获得一段短光纤的光学长度 ,然后利用常规精密测长手段测得其几何长度 ,从而得到光纤的群折射率。实验结果及误差分析得出 :测量不确定度优于 7× 10 -5(2σ)。     

平行光束入射双棱镜的干涉研究

本文理论推导出了两相干平行光束在交叉区域的干涉条纹计算公式,测量两相干平行光束的夹角和干涉条纹的间距可以得到入射光波波长的结论.利用多光束光纤激光器作为光源,在分光计上放置双棱镜获得两相干平行光束进行实验.结合电荷耦合器件(CCD)和液晶显示器,用望远镜的自准直目镜测量两相干平行光束的夹角,用测微目镜测量干涉条纹的间距.提高了实验数据的精确度,降低了实验的难度,实现了对传统双棱镜干涉实验的拓展创新.     

基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量研究

为了实现微流体流场中多点速度测量,提出基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计研究。理论分析基于双芯光子晶体光纤的相干特性和控制体特征。计算结果表明纤芯间距为7.4μm,在控制体内可产生5条干涉明纹,与实验结果保持一致。但由于噪声的存在,实验所得各级条纹的强度比值比理论计算结果小。增大纤芯间距,可增加控制体内的干涉条纹数量,从而提高速度测量精度。从双芯光子晶体光纤出射的光斑至相干过程的成像结果表明,速度计的工作距离约30μm。分析基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量原理,并进行单点、两点和三点速度测试。单点测量时,粒子平均速度为0.980 m/s,相对不确定度为0.5%;两点测量时,粒子平均速度分别为1.761 m/s、1.769 m/s;三点测量时,粒子平均速度分别为2.106、2.084、2.097 m/s。实验结果表明,基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计可进行多点速度测量,而且具有探头微型化、系统简单的特点,因此可嵌入微系统进行流场的多点速度测量。     

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。     

合肥光源上采用干涉方法测量束流截面

 束流截面尺寸测量对优化系统参数、确保光源运行至关重要。采用干涉法测量合肥同步辐射光源束流截面垂直方向的尺寸。基于Cittert-Zernike 定理,利用双缝干涉条纹的对比度得出相干度和束流截面尺寸。测量系统由干涉成像与图像处理系统组成。进行了5组试验,试验结果证明了干涉法测量合肥同步辐射束流截面尺寸的可行性。     

部分相干光的相干性参数简易测量方法

本文基于旋转的有机薄膜制作的相干衰减器产生部分相干光源,对杨氏双缝干涉实验进行拓展,采集部分相干光的光斑图样和干涉条纹图样,利用计算机程序处理图像,实现了对部分相干光的相干度和相干长度的快速测量。     

基于相干波面光强分布的静态干涉图的数字分析

提出了基于相干波面光强分布的静态干涉图数字处理的新方法 ,即在CQG Ⅱ型激光数字波面干涉仪上通过分别微调参考镜和被测镜的倾斜量 ,在CCD探测器上获得形成静态干涉图的两幅相干波面光强分布图 ,利用这两幅光强分布图与它们所形成的干涉图 ,可高精度地完成静态干涉图的数字分析。利用相干原理 ,给出了实现该方法的基本过程 ,并编程实现了该数字分析 ,获得了实验测量结果。通过与相移测量结果相比较 ,验证该方法对口径为 60mm的平面有望达到的测量精度。     

低相干光源干涉系统在大口径拼接子镜间相位误差检测上的应用

针对大口径望远镜拼接式主镜,提出一种基于迈克耳孙干涉原理的低相干光源干涉检测系统.应用该系统对拼接子镜间相位失调误差进行实时检测.进而对失调子镜进行相应校正,以实现拼接子镜的共面排布.给出了低相干光源干涉检测系统的具体结构,叙述了干涉检测系统的检测原理,提出应用双中心波长组合低相干光源进行拼接子镜间相位误差检测,分析了系统最低信噪比.结果表明,双中心波长组合低相干光源系统,可以提高低相干光源下涉中心条纹的信号分辨能力.借以提高检测精度.使得低相干光源干涉测量系统对拼接子镜间的相位失调误差进行高精度提取.     

双棱镜干涉研究光源的相干性

空间相干性问题来源于扩展光源不同部分发光的独立性,表现在波场横向相干范围;时间相干性来源于光源发光过程在时间上的断续性,表现在波场的纵向相干范围. 本文从干涉条纹的可见度出发,对双棱镜干涉实验中的相干性问题进行分析讨论,推导出相干长度和临界宽度公式,给出双棱镜干涉实验测量光波临界宽度和相干长度,以及估测滤光片单色性的实验方法.     

高精度角膜曲率半径测量系统

为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。     

透明薄膜的干涉相干峰分离算法

白光干涉技术具有高度唯一性,广泛地被使用在三维表面形貌和台阶高度的测量。但是测量透明薄膜时,薄膜表面和基面都有光线反射与参考光线交汇,在被测表面的同一个位置不同高度两次产生干涉条纹,其干涉相干图中出现两个峰值。通过分析透明薄膜产生的干涉相干图的特点,提出了两种算法用来分离不同表面产生的干涉条纹。理论分析和试验结果表明,利用垂直扫描白光干涉法测量透明薄膜,由峰值分离算法和定位算法分别提取薄膜的上下表面,能够得到透明薄膜的高精度三维形貌和厚度信息。     

三粒子纠缠相干态的隐形传态

提出了一个利用一个两粒子最大纠缠相干态和一个三粒子纠缠相干态作为量子信道进行三粒子纠缠相干态隐形传态的方案.该方案只需线性光学操作和双模光子数测量.计算结果表明,应用本方案的设置,隐形传态成功的概率与所用的相干态的平均光子数有关,反映了纠缠相干态的非正交特性.     

拖曳效应对低相干动态光散射测量粒径的影响

低相干动态光散射技术利用低相干干涉计的特性,有效抑制了从浓悬浮液中散射的多次散射光,从而能够检测到的单散射光信号中获取颗粒的动态信息。该技术以单散射理论为解析基础,为避免多重散射的影响,测量区域一般局限于固-液界面附近。分析了固-液界面附近壁的拖曳效应对粒径测量值的影响。利用相位调制低相干动态光散射装置,对体积分数为10%的不同粒径的标准聚苯乙烯溶液进行了检测。通过对结果考虑拖曳效应进行修正,发现不同粒径的粒子在界面附近10～30μm范围内的测量值与给定粒径值标准偏差在5%以内。表明在低相干动态光散射光程可分割测量中,考虑拖曳效应的影响,可以对固-液界面附近的测量结果通过修正并得到准确的颗粒大小信息。     

相干瞬态的量子干涉效应和Berry相位

利用解析方法描述了相干瞬态量子体系中不同类型的量子干涉效应,分别讨论了光学干涉与量子干涉所起的作用,分析了在时域对称光场作用下,几何相位在量子干涉效应中所扮演的角色,从理论上证明了通过适当改变抽运场脉冲面积,可实现对几何相位的测量. 同时研究也发现利用啁啾抽运场可以实现对量子干涉效应的有效控制. 关键词： 相干瞬态 量子干涉 几何相位 啁啾脉冲     

周期脉冲撞击的两分量Bose-Einstein凝聚系统的单粒子相干和对纠缠

在周期脉冲撞击的两分量Bose-Einstein凝聚系统中,研究了量子混沌对单粒子相干和对纠缠性质的影响.研究表明,混沌促使单粒子相干发生强烈衰减并保持着较低的相干度,同时对纠缠出现最大值并在较短时间后消失.利用单粒子相干的这种性质可以直接测量量子混沌存在的相空间结构,有利于预防Bose-Einstein凝聚的瓦解和控制凝聚体的混沌行为。     

大功率单色LED的空间相干特性

基于van Cittert-Zernike定理,从理论上计算出大功率单色发光二极管(LED)辐出光,在空间中传输后的空间相干性分布。计算结果表明,自发辐射的LED光源其辐射光在空间中传输后,由非相干光变为部分相干光,且其空间相干性与LED芯片的结构有关。实验上采用双缝干涉对LED辐射光的空间相干性进行测量,由干涉条纹的可见度与两点间的相干度之间的关系得出,非相干LED光源的辐射光在传输后为部分相干光。而采用间隔可调的双缝干涉测量两点间的相干度后发现,LED的芯片发光区域决定了其辐射光在传输中的空间相干性分布。理论计算的空间相干性分布与实验测量结果基本吻合。     

两相干平面波照射球体的远场干涉及直径测量

提出一种球远场干涉理论模型,即两相干平面波以任意夹角照射表面光滑球体,其反射波在远场发生干涉.推出两反射波在远场的光程差公式,并用远场干涉准确测量球直径,给出了测量球直径的公式.用分光仪、CCD照相机、氦氖激光器、光学平台和电脑等组成测量系统,给出使用原始激光束测量球直径的方法.将远场干涉法测量结果与阿贝比较仪测量结果进行比较,相对差为0.2%;使用高斯光束所产生的测量误差为5×10-5 mm且可略.此测量方法还可对相机镜头畸变实现自校正.结果表明理论和测量方法正确,用高斯激光束测量球直径可行.     

几类相干态的量子保真度

在坐标表象下,研究了几类相干态的量子保真度,对于相干态,我们给出了量子保真度的解析表达式,考查了谐振子特征长度 ,平移距离 对保真度的影响;对于相干态 与 的叠加态,考查了初态量子干涉对量子保真度的影响,结论表明：量子保真度呈周期性;与相干态的量子保真度比较而言,当谐振子处于第二类相干态时,量子干涉能抑制量子态失真,当谐振子处于第三类相干态时,量子干涉能抑制量子态失真,也可能加大量子态失真.     

基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统的研究

提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息,色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片,由线阵CCD探测。将线阵CCD的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号,相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此,利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响,获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50μm的台阶重复10次测量,测量结果的标准差为6.8 nm。