光导纤维在载荷测量及角位移测量中的应用

介绍了力学量中载荷和角位移的测量传感器。其方法是利用光导纤维作为传感器主要元件,被测载荷使弹性元件变形,使光纤端面间光的耦合效率发生变化,通过测量光通量的变化而测知载何和角位移的大小。在载荷测量中特殊布置光纤的位置,通过电路对信号的差分处理能达到提高传感器线性度的目的。最后的传感器输出结果其非线性大为减小。角位移的测试中,这种角位移光纤传感器灵敏度高,分辨率小,适合于扭转试件的微小角位移测量。这类光纤传感器用于力学量测试可弥补一些传统测量方法的不足。     

基于光纤阵列的二维微角位移传感器

提出了一种基于光纤阵列的二维微角位移传感器.该传感器采用由十字形排列的光纤阵列构成的轮辐式探头结构.各接收光纤接收光强随被测角位移改变.通过对各光纤接收光强进行高斯拟合确定反射光斑中心位置.这种测量方法可以有效降低表面反射系数变化、光源波动以及环境光对测量结果的影响.由于各接收光纤对应光路损耗不同对微角位移测最精度产生影响.提出了光路损耗的归一化修正方法.实验证明系统测量角度范围-0.16 rad～O.16 rad,归一化修止方法使系统测量分辨率提高到了3.8X 10-4rad.     

干涉法测量Cymbal换能器的等效压电常量

在光学平板上用分立光学元件构建了迈克耳孙型分光束干涉仪,利用优化工艺制备的Cymbal换能器件作为核心单元,利用其在电场下的位移放大作用驱动平面反射镜,引起干涉图样的变化,实现了微位移及Cymbal换能器件等效压电常量的测定,并进行了非定域干涉图样变化的动态演示.     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

外界环境对微球腔品质因数的影响

光学微腔由于其高品质因子(Q)特性具有广泛的应用前景.本文以光学微球腔为例分析了影响Q的各种因素,并通过实验研究分析了光学微球腔所处环境对Q的影响.选用直径约为260 μm的典型微球腔与锥形光纤进行耦合,通过透射谱的变化来反应Q的变化,结果表明,微球腔周围水蒸气的光吸收损耗和粉尘的散射损耗对微球腔的Q影响较大,能够导致...     

光纤双向应变-位移点式传感器

选择不同间距的基片自由端和不同长度的自由悬垂光纤研制了利用光纤弯曲损耗的光纤双向应变-位移传感器.该传感器可分别用于测量应变和位移.实验表明:悬臂梁上的应变标准误差约为～26 με.微位移架上的位移标准误差约～0.06 mm.基本满足建筑结构对测量精度的要求.     

光纤传感液位计

本发明专利号为87209380,摘要见《实用新型专 利公报》1988年第4卷第24号(总第141号)第74 页. 光导纤维在通信上的优越性,促使人们加强对它的研究和探索.于是发现,利用光导纤维可以构成多种新型传感器.图1是其中的一种──强度型光纤微位移传感器.图中光源发出的光,经入射光纤传送。投射到彼测表面,与入射光纤紧密排列的接收光纤,接收被测表面反射的光,并传送到光电接收部件。由几何光学的原理可知,在一定的范围内。当这种传感器的光纤端面和被测表面之间的距离发生变化时,接收光纤输出的光强也发生变化.研究表明,在一个小的范围内,接收光纤…     

基于BOS-PSD0018的金属线胀系数测定

为提高金属线胀系数的测量精度和灵敏度,以方便数字化测量与微机处理,以PSD光电传感器为核心实现微位移测量,采用光学放大机构提高微位移分辨率,利用BOS-PSD0018芯片实现微位移转换,并用单片机系统实现金属线胀系数的数字化处理与显示.用铜棒进行了标定测试,用铁棒进行检测试验,检测试验表明金属线胀系数最大相对误差为±2.3%,用光学放大机构使微位移分辨率比提高4倍.     

非零色散位移光纤的改进设计及制造

介绍了一种新颖的非零色散位移光纤结构设计方法及其MCVD+OVD制造工艺,所制备的光纤有效面积达到71 μm2以上.采用关键结构区域精确微扰方法,改进了光纤的色散特性.1550 nm处色散斜率由0.0715 ps/(nm2·km),分别减小至0.0605 ps/(nm2·km),0.0466 ps/(nm2·km),零色散波长由1500 nm附近移至1450 nm以下.测量表明,所得光纤具有优越的光学传输特性、抗弯曲性能和熔接性能,适用于C+L和S+C+L工作波长的大容量高速率长距离密集波分复用系统.光纤关键结构区域精确微扰是改进光纤性能的一种有效方法,该方法不限于MCVD工艺和非零色散位移光纤,对新型光纤的设计和生产具有积极的指导意义.     

激光微织构硬质合金表面润湿性

为了研究硬质合金表面激光微织构对其表面润湿性的影响,利用光纤激光不同功率(3,5,7,9,10W)及不同加工次数(1,2,3,4,5)加工微凹坑,采用VHX1000c超景深三维显微镜、光学显微镜分析微凹坑形貌,利用CAM 200光学接触角仪测量表面微织构(微凹坑直径、深度和织构密度)与润湿性之间的关系。结果表明:随着激光功率的增大,微凹坑深度增加,直径变化不明显;硬质合金表面的亲水性能随着微凹坑深度的增加而减小;随着微凹坑直径的增大,亲水性增强;随着微织构密度的增加,亲水性出现极值。     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

采用正弦微窗光栅的位移传感器

研制了一种新型的光栅位移传感器,它采用了一种被作者称为正弦微窗光栅的新元件作为指示光栅,用于消除光栅信号中的高次谐波,所为正弦微穿光栅是一种由许多微小的正弦穿孔排列组成的光栅。介绍了采用光学图形发生器和刻蚀镀膜工艺制造这种光栅的方法。并将制成的正弦微穿光栅用于光栅位移传感器的设计。实验表明,新型传感器能够很好地抑制光栅信号中的高次谐波,可将高次谐波总旧降至基波的２％以下。     

Influence of the volume speckle on fiber specklegram sensors based on four-wave mixing in photorefractive materials

In this work, the dependence on the speckle size in the performance of a micro displacement sensor based on fiber specklegrams stored in a photorefractive BSO (Bi₁₂SiO₂₀) crystal is experimentally demonstrated. In our experimental setup, a plastic optical fiber (POF) was used to generate a subjective speckle pattern which was recorded in the crystal by using a four-wave mixing arrangement in transmission geometry. The speckle size was controlled by modifying the diameter of a pupil aperture adjacent to a lens producing the image of the speckle. The signal speckle beam was mixed into the crystal with two counter propagating pump beams to generate a fourth beam which is proportional to the conjugate of the original speckle beam. Real time fringe patterns were obtained at the output of the system by producing micro displacements of the fiber output end. Increases of the phase conjugation reflectivity and the visibility of the fringe patterns were appreciated when the speckle length was increased by decreasing the pupil aperture diameter. This behavior allowed recovering the autocorrelation functions of fringe patterns associated to micro displacements that initially led to decorrelation, and therefore, to improve the dynamic range of the metrological system. Until the best of our knowledge this is the first report about the influence of the speckle size on fiber specklegrams sensors recorded on photorefractive materials by four-wave mixing.     

激光光栅和反射镜姿态调节的高精度开环控制

为了提高高功率激光物理实验中激光束的精密对准度,提出了一种对激光光栅和反射镜姿态进行可视化、高精度调节的开环控制系统。该系统设计为由上位机、下位机和角位移微调机构等部分组成。从应用层通信协议、HostLink(Fins)协议和三维姿态模拟等方面介绍了上位机监控软件的设计;从步进电机驱动器复用、PLC电机断电相位记忆和下位机梯形图程序框图等方面讨论了下位机PLC控制系统设计;分析了角位移微调机构中通过把丝杆螺母的直线微位移转换为角度微位移来达到高精度转角分辨率的实现原理;并用实验数据验证了实际转角分辨率达到高精度设计要求。结果表明这种开环控制系统能够很好的实现对激光光栅和反射镜转角的高精度调节控制,对其他类似实验设备的高精度角度调整也具有借鉴意义。     

45°光纤微反射镜聚焦离子束加工及多轴位移检测研究

聚焦离子束加工作为一种微纳加工手段,可以用来制造纳米元件和微结构元件。研究了在多芯光纤的末端,使用聚焦离子束加工技术设计和制造45°镜面的全过程。该光学镜面由两步加工完成,首先是扫描过程,用来制造粗糙的切割面;然后是抛光过程,用来完成光学表面的光洁处理。加工完成的45°镜面可以准确地与光纤的纤芯对接,避免了外部转向镜组件对接的相关问题。实验测试表明,加工的结构可以通过干涉测量两个垂直轴向的位移值,检测位移测量范围大致为60 μm,X和Y方向的均方根绝对测量误差约为1.75‰和1.97‰。该技术有望用于精密零件内表面、血管内壁等检测领域。     

圆柱型光纤螺线圈轨道角动量模式

传统的沿z轴光纤传输光线的轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)光束的制备方法共同之处都是从内部结构着想,光束的主光线基本上不变,只是波面在变.但要获得携带高mh的光有一定的难度.针对上述问题,本文建立以波面不变,光束主光线变化为基础的理论框架,利用微分几何理论验证不沿z轴圆柱型光纤螺线圈传输的光线可以携带高mh OAM的理论设想.研究发现:利用流动坐标(α,β,γ)计算光线在绕圆柱体的光纤中传输时光纤截面的衍射分布图呈现涡旋特征,有高阶OAM模式.当θ=θ0时,圆柱形轨道光纤过渡到直线轨道光纤.计算光线沿直线传输时光纤截面的衍射分布图是Airy斑,即圆孔衍射斑,无高阶OAM模式.     

Ti:S激光器外腔选频产生820 nm带激光研究

首次报道了用Ti：S激光器及Tm-Ho共掺石英光纤等构成复合腔，通过外腔选频产生波长为820nm波段高性能单模激光的实验研究，复合腔Ti：S激光器的光-光转换效率达15．7％，斜率效率可达17．3％。研究了输出激光功率、输出光谱随泵浦功率、激活光纤长度的变化关系，并对相应结果进行了分析。     

一种分辨力达纳弧度量级的角位移传感新方法

提出了一种测量微小角位移的新方法,该法基于一种金属包覆波导结构,通过棱镜耦合激发空气导波层中的超高阶导模作为灵敏探针。当被测部件发生微小偏转时,空气层厚度和导模的有效折射率也因此改变,从而引起耦合光束的反射光强急剧变动,其变动幅度与部件的角位移量近似成正比关系。对传感的灵敏度进行了数值分析,结果表明导模的有效折射率是影响灵敏度的重要参量。采用一种类似悬臂梁的结构产生可控微小角位移,并以此对平均灵敏度进行了测算,得到的结果与理论预测值符合得较好(相对误差约为3%)。理论和实验结果表明,只要部件的偏转半径达到厘米量级,就可以实现分辨力达10-9rad数量级的角位移传感。     

Fabrication of a quartz optical fiber tip for dental treatment with Nd:YAG laser—Proposal of a new process with TiO2 powder

In dental treatment with Nd:YAG laser beam, a quartz optical fiber is generally used to transmit the laser beam, which is irradiated to the hard and soft tissues for a caries treatment and a periodontal tissue excision. Since a normal optical fiber, which the laser beam comes out from the tip of the fiber, has difficulty irradiating to a narrow space and an inner root canal uniformly, it is effective to use a processed optical fiber tip from which is obtained a diffused and circumferential laser beam. In this paper, a new process to obtain these laser beams with TiO₂ powder is proposed, and the characteristics and the performances of the processed optical fiber were investigated. An experimental instrument was developed to measure the energy partition radiated from the processed fiber tip, and the ratio of a straight beam, a sideways beam and heat generated by the absorption of the laser beam was measured in each condition. As a result, the ratio of an energy partition was controllable by changing the incidence parameter to process the fiber tip, and the processed fiber tip corresponding to the clinical purpose could be obtained. The parameters which affected the processability of the fiber tip were processing time and incidence laser energy. The prepared cavity with processed fiber on the enamel was influenced by a straight beam, and the removal of enamel to the depth direction was controllable by using the processed fiber.     

激光加工微型光纤折射率传感器的工艺与特性

提出一种由157 nm激光制造的新型微型光纤法布里-珀罗折射率传感器的制作方法,传感头由靠近单模光纤端的具有光纤顶端微通道的法布里-珀罗空气腔组成,将单模光纤顶端的微通道作为检测介质的入口.分别在珐珀腔的反射界面镀以薄膜作为反射镜面来确保高的光对比度.试验中获得了1 130.887 nm/refractive-index的分辨率.和其他的光纤传感器相比,这种传感器具有体积小,结构坚固,高分辨率,线性良好,测量范围宽等优点,能够满足实际应用的要求,特别是对需要小型传感器的场合.