高敏光纤法布里-珀罗干涉应变传感器

提出一种复合结构应变传感器,该结构将高灵敏度光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI)内置于光纤Sagnac干涉仪(FSI)中。利用FPI光谱与定标的FSI光谱叠加产生的游标效应实现了FPI应变传感器灵敏度的大幅度提升。理论计算结果表明,复合结构传感器的灵敏度可以通过两套干涉谱的相对自由光谱区的差来调控。实验结果表明,复合结构传感器的灵敏度相对于单个FPI应变传感器提升了19.7倍,达到65.1pm·με~(-1)。复合结构传感器在需要高灵敏度测量以及精确测量的场景中具有重要作用。     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

高斯光束对标准硅球直径测量的影响分析

针对高精度硅球直径测量系统的特点,分析平面波反射光的多光束干涉和双光束干涉,以及正入射时高斯光束反射光中心的多光束干涉和双光束干涉,对不同条件下的高斯光束反射光中心的干涉光强进行了数值模拟.对采用五步相移算法时高斯多光束干涉的影响进行了研究,给出了特定参数条件下不同束腰ω0和传播距离z时的最大相位误差,当ω0=5 mm,z=2000 mm时的最大相位误差达0.08%.     

基于多光束干涉原理的相移算法研究

针对多光束干涉原理的相移算法包括算法误差及步长优化等问题，以菲索干涉仪精密测长为 应用背景进行了研究.利用干涉光学的基本原理导出了在多束光干涉(经光学面多次反射、透 射)的情况下干涉光强随相位分布的精确公式；在此基础上，通过数值分析的方法得出了利 用菲索干涉仪精密测长的相移步长的优化取值范围和干涉光束最佳初相位差的范围；对余弦 依赖算法所引起的光强误差分别就四步法、五步法得出了不同的依赖关系；并对多光束干涉 算法中几种主要的误差来源进行了不确定度评估. 关键词： 相移算法 多光束干涉 精密测长 不确定度     

模拟大气风场及其数据处理技术的研究

热层大气风速的测量可以采用干涉法来进行,由于光源（气辉辐射谱线）的强度很弱,故干涉法对测量系统要求很高。利用半导体激光器（LD）的调制特性和法布里-帕罗干涉仪(FPI)的高光谱分辨能力设计了一种用简单设备进行大气风场模拟与测量的方法。改变LD的驱动电流使其输出激光频率改变,从而模拟气辉辐射的多普勒频移,通过分析FPI获得的干涉图可检测出该频移,进而得到等效风速。模拟风速的相对误差不超过6.5%,最小模拟风速为20.01m/s,且测量结果与LD的线性调制特性很相符。使用该方法可以有效地对多普勒风速测量原理、数据处理方法、系统性能以及测量误差进行分析和评估。     

MATLAB App Designer在法布里-珀罗干涉实验中的应用

基于法布里-珀罗(F-P)多光束干涉原理,利用MATLAB设计了基于F-P干涉实验的可视化App仿真界面,不仅可复现F-P腔长、入射波长、透镜焦距等参数对F-P干涉图样的影响及实时动态展示,还可观察周围介质折射率、F-P腔折射率与干涉图样的关系,并能进行多波长分辨率和微小波长差测量实验的演示.这些直观形象的模拟结果展示,将有助于改善多光束干涉理论及实验教学效果.     

多子光束相干发射小目标探测研究

提出了一种多子光束相干发射方案以提高对远距离小目标的探测能力.将激光器发出的光束等功率地分为若干子光束,在空间按一定的排列平行发射.子光束来自同一激光源,具有很好的相干性,将在目标面上产生干涉.计算结果表明:子光束在目标面上产生干涉主峰,理想情况下,其峰值为单光束直接发射光强的N(N为子光束数目)倍,用此主峰照射目标实现探测;目标越小,此方案相对于直接发射的优势越突出.实际中应适当压缩光束发散角,以增大照射到目标上的总功率.发射镜的位置和角度抖动使目标面上光强闪烁且光斑畸变,为获得稳定、且峰值为单光束直接发射光强N倍的干涉主峰,发射镜的位移控制精度需达到0.1λ(λ为光波长),角度控制精度需达到0.2θ(θ为光束发散角).     

基于π/4相移平均的多光束干涉相位提取算法

菲佐干涉仪中如存在多光束干涉现象,干涉光强将不再是严格的余弦分布形式.在导出菲佐干涉仪中多光束干涉光强公式的基础上,给出了将其近似为理想多光束干涉光强公式的条件.推导了对多光束相移干涉图用四幅算法求解的相位计算误差,并据此提出了基于π/4相移平均的多光束干涉相位提取算法:通过采集相移间隔π/4的两组干涉图序列,将两次计...     

法布里-珀罗气辉干涉成像仪的大气温度测量原理

讨论了法布里-珀罗干涉成像仪（FPI）对夜气辉的系统响应,更为明确地描述了建立该干涉系统数学模型的方法和结果。在此基础上阐述了利用FPI对热层大气温度进行测量的原理,并且通过分析稳频He-Ne激光器的干涉图对系统的传输函数进行了求解,对不同波长下系统传输函数的转换进行了讨论。干涉图的分析结果表明：该解析模型以及波长转换方法能够很好地表示干涉成像系统。另外对系统传输函数在实际气辉测量中的应用、系统的温度漂移以及误差估计也进行了简要讨论。     

Temperature-Insensitive Fibre-Optic Acceleration Sensor Based on Intensity-Referenced Fibre Bragg Gratings

A temperature-insensitive acceleration sensor using two fibre Bragg gratings （FBGs）, based on reflection spectrum intensity modulation and optical power detection, is proposed and demonstrated. A cantilever beam is used to generate acceleration-induced axial strain along two sensing gratings, which are glued on the two opposite surfaces of the beam. Because the two gratings operate within the linear spectral range of a light source, formed by a thermally-tunable extrinsic Fabry-Perot optical filter, the intensity difference of the two reflections from the gratings is proportional to the acceleration applied. This eliminates the need for sophisticated wavelength interrogation of the gratings, and it also endows the sensor with immunity to temperature variation. Compared with a commercial micromachined accelerometer, the sensor is proven to be capable of accurately detecting acceleration.     

激光微加工制作的微光纤珐-珀加速度传感器

将157nm激光微加工制作的微光纤珐-珀腔贴于悬臂梁结构构成加速度传感器。通过设计特定的悬臂梁结构和FFT方法,该加速度传感器的分辨率约为1．13mg／HZ1/2。通过采用MUSIC算法处理信号,信噪比可提高45dB,系统分辨率约为3．56×10^-2μg／Hz1/2。该微光纤珐一珀传感器具有可批量制作、成本低、抗高温、量程灵活等优点,有望应用于石油勘探、地震测量等领域中。     

一种高精度光学位移传感器的设计分析

利用晶体双折射和由散射偏振引起的光学干涉技术,设计出一种高精度光学位移传感器.该传感器采用同轴光学系统,测量精度约为4 μm,测量范围不小于28 mm,且测量时不需要使用相干光源,故结构紧凑、性能稳定.     

工艺误差对电容式微加速度计温度漂移的影响（英）

利用有限元方法,仿真分析了深反应离子刻蚀工艺造成的折叠梁宽度误差对电容式微加速度计温度漂移的影响。在存在工艺误差和保证微加速度计灵敏度恒定的前提下,增大了折叠梁设计宽度,计算了不同宽度下微加速度计的温度漂移量。结果表明:刻蚀工艺误差越大,微加速度计温度漂移量越大。折叠梁设计宽度为4.5 m和6.5 m时,最大温度漂移量分别为2.42 mg/℃和1.71 mg/℃,因此通过适当地增大设计尺寸,可以有效地减小微加速度计的温度漂移量。     

Interference of a four-hole aperture for on-chip quantitative two-dimensional differential phase imaging

We present a novel on-chip method for quantitative two-dimensional differential phase imaging. This technique uses four circular holes (600 nm diameter, 1.2 mum spacing) arranged in a 'plus' pattern that are fabricated in a layer of metal above a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) imaging sensor. The interference pattern of the aperture shifts position with respect to the differential phase of the incident light. By imaging the interference pattern with the CMOS sensor, this method measures amplitude and differential phase (1 degrees /microm sensitivity for signal-to-noise ratio >/=16 dB) of the incident light field simultaneously. An application to optical beam profiling is presented; we show the amplitude and differential phase profiles of a Gaussian laser beam and an optical vortex.     

High-g accelerometer based on an in-fiber bragg grating sensor

An accelerometer based on an in-fiber Bragg grating sensor has been fabricated and demonstrated. The grating sensor operates linearly up to accelerations of 170,000g_n. The design, testing and performance of the accelerometer are discussed.     

三分量全光纤加速度检波器及数字处理系统

研制出三分量全光纤加速度检波器及其数字信号处理系统。该检波器由一个质量块，六个顺变柱体，三组迈克耳孙干涉仪光路组成。顺变柱体是检波器敏感元件中的关键部件。该检波器数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理芯片为核心，辅以必要的电路，实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。测试结果表明，检波器在共振频率以上有较好的频率响应，输入信号与输出信号吻合较好；检波器在共振频率以下亦有较好的频率响应。最后给出了检波器频率响应曲线。     

一种新型GRIN透镜光纤加速度计的研究

研究了一种新颖的光纤加速度计,阐述了三光纤GRIN透镜加速度敏感元件的工作原理及其结构设计.该传感器包括三根光纤、一个GRIN透镜和一个质量块.根据光功率耦合原理,对透镜倾斜时的误差进行了定量分析.该加速度计具有结构新颖、体积小和灵敏度高等优点,是一种具有多用途的加速度传感器.     

Compact FBG diaphragm accelerometer based on L-shaped rigid cantilever beam

A compact fiber Bragg grating(FBG) diaphragm accelerometer based on L-shaped rigid cantilever beam is proposed and experimentally demonstrated.The sensing system is based on the integration of a flat diaphragm and an L-shaped rigid cantilever beam.The FBG is pre-tensioned and the two side points are fixed,efficiently avoiding the unwanted chirp effect of grating.Dynamic vibration measurement shows that the proposed FBG diaphragm accelerometer provides a wide frequency response range(0-110 Hz) and an extremely high sensitivity(106.5 pm/g),indentifying it as a good candidate for embedding structural health monitoring and seismic wave measurement.