面阵像元细分用于法布里珀罗标准具间隔测量

法布里珀罗(F-P)标准具间隔d的高准确度测量对干涉测量结果具有非常重要的影响。论文基于F-P干涉成像图片信息，结合峰位坐标局域细分原理和圆方程回归，尤其应用了一种新型的虚拟面阵像元细分和信号平滑化技术，准确地求出干涉图像各同心圆环直径D_i，实现干涉级次整数部分k₀和小数部分ε的准确计算，完成F-P间隔d的三波长小数重合法测定。实验对比分析了细分和非细分方式对测量结果的影响，测得细分方式下的d=(2 009.961 91±0.000 06) μm，d的不确定度粗估值(U_ε/k₀)=9.8×10-7。实验验证了像元细分方法的有效性，为提高间隔d的测量准确度提供了有效的途径和方法。     

一种内置法布里-珀罗标准具选择He-Ne激光器内谱线的方法

He-Ne激光器中633 nm波长的增益远大于该波段其它5条谱线的增益,而且由于模式竞争的影响,通常情况下增益较低的相邻弱线(如629 nm波长)很难出光.提出一种在He-Ne激光器中加入法布里-珀罗(F-P)标准具来选择输出谱线的方法.通过选择适当的F-P标准具长度和反射率,可以达到抑制强线增益,使弱线振荡输出的目的.还采用高斯光束传输理论对谐振腔内F-P标准具的透射特性进行了仿真计算.     

镀银标准具厚度和反射相位的精密测定

本文报道一种测量标准具间距的方法,其误差为λ/60.用波长连续可调的染料激光器的输出射到标准具上,借助于列阵探测元件和计算机组成的OMA系统可从干涉图形中精确测定对应波长的中心小数,在此基础上发展了剩余小数处理数据的方法,利用至少四个不同的波长可得到干涉级数的绝对值和标准具的厚度.进一步用数据拟合法可得到镀层反射相位的相对色散曲线.     

基于复合波长参考的温度稳定光纤光栅传感解调研究

为实现温度稳定的光纤光栅传感解调,提出了综合使用法布里-珀罗(F-P)标准具和乙炔气室进行实时复合波长参考的校正方法。分析了F-P标准具透射光谱和乙炔气室吸收光谱的温度漂移特性。建立实验系统,测试了F-P标准具透射光谱的温度漂移特性,实验显示F-P标准具谱线平均温度灵敏度为1.16 pm/℃,谱线温度重复性误差可达13.0 pm。进行了基于F-P标准具单独参考和基于复合波长参考的解调温度稳定性实验,实验结果表明0℃~55℃的高低温循环,基于F-P标准具单独参考的解调值变化范围为±32.7 pm,标准差为20.7 pm,基于复合波长参考的解调值变化范围为±1.2 pm,标准差为0.39 pm,解调值变化范围温度稳定性提高了27倍。     

一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法

本论文提出一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法.该方法利用光杠杆将金属棒受热膨胀时的伸长量转化为F-P标准具干涉光场中干涉条纹半径的变化,通过测量干涉条纹的间距便可实现对金属线膨胀系数的测量.由于该方法仅需测量F-P标准具干涉光场中外侧条纹的间距,并且F-P标准具的多光束等倾干涉可以产生锐利的干涉条纹,因此测量过程更加简便,实验结果的精确度更高.通过实验测量验证了该方法的可行性与可靠性.     

内置法布里-珀罗标准具629nm He-Ne激光器

He-Ne激光器采用内置法布里-珀罗(F-P)标准具的方法可以获得与633 nm紧邻的629 nm谱线,这是用传统的镀膜方法无法实现的.分析了由于激光腔内的温度变化引起的629 nm谱线透射窗口的移动.为了得到稳定的629 nm波长输出,估算了F-P标准具的角度调节范围下限.提出了一种大角度范围的压电角度调节机构,应用...     

复色平面光波与复色发散球面光波干涉的光强分布的模拟

利用Matlab数值模拟复色平面光波与复色发散球面光波相遇发生复杂干涉现象时的光强度分布,由数值模拟直观地看到:对于同一级次的干涉圆环形条纹,波长短的光波形成的干涉圆环处于内侧,波长长的光波形成的干涉圆环处于外侧,且它们都是同心圆;波长长的光波形成的圆环形干涉条纹相邻条纹之间的距离比波长短的形成的圆环形干涉条纹相邻条纹之间的距离大.     

F-P标准具多光束干涉成像实现微小角度自校准测量

利用干涉级次小数部分计算得到成像物镜相对焦距值,结合微小角度引起的相对位移值,实现微小角度测量的自校准.仿真计算了小数重合法的算法误差及温湿度误差,并实现了F-P间隔计算结果的修正,设计了可自校准的微小角度测量实验装置,通过测量实验得到了间隔修正前后成像物镜焦距值及微小角度测量结果.实验结果表明:在当前实验条件下,经修...     

一种牛顿环干涉实验数据处理新方法

基于牛顿环干涉实验中,相邻两个干涉圆环所在位置处,在竖直方向上的空气层厚度差为二分之一波长,将移动读数显微镜测得的干涉圆环直径数据作为横坐标,由干涉圆环级次差确定的空气层厚度差作为纵坐标,进而对牛顿环仪中平凸透镜球面所在的大圆方程进行拟合通过拟合,得到的大圆方程获取平凸透镜球面的曲率半径值.实验验证表明,新的实验数据处理方法所需测点少,过程简单,结果可靠.     

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.     

基于法布里-珀罗标准具测量散射光谱的频移和线宽

激光在介质中传播易发生散射,不同波长的散射光经过法布里-珀罗标准具多光束干涉后,会发生等倾干涉而形成半径不同的同心圆环.根据等倾干涉产生亮条纹的条件,获得同一波长的散射光相邻两级干涉条纹半径的数量关系,以及同一级干涉条纹中不同波长散射光的频率间隔公式,便可获得散射光谱的频移和线宽.     

基于自发辐射光谱的超声速流场测速技术

等离子体状态参数测量是研究等离子体特性,开展等离子体模拟再入环境、等离子体隐身、等离子体减阻以及边界层控制等研究的重要基础。利用等离子体射流的自发辐射光谱,提出了一种基于光学多普勒频移效应的等离子体超声速射流测速的方法。首先,测量了等离子体中Ar原子产生的自发辐射光谱,选择696.54 nm的特征谱线,作为等离子体发生器测速实验的运动光源;其次,使用光谱仪、传能光纤、EMCCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗（F-P）干涉仪,设计了高温等离子体速度测量光路;最后,在氩壁稳电弧等离子体发生器上,开展了超声速射流速度测量实验。实验中,同一测点的Ar原子产生的自发辐射光谱,分别被与等离子体射流运动方向成49°和90°夹角的收集透镜收集进入光谱仪,经光谱仪分光后仅保留特征谱线696.54 nm附近自发辐射光进入传能光纤,从而消除其他波长的自发辐射光的影响;光谱仪输出的特征辐射光谱,经光纤传输及透镜整形成平行光后,精细度30、自由光谱范围6.6 GHz的F-P干涉仪,形成多光束干涉圆环,并由EMCCD相机采集,实现对特征谱线的超高精度分辨;根据多普勒原理,不同角度收集的同一测点处Ar 696.54 nm特征谱线的频移将有所不同,EMCCD采集的干涉圆环半径也将不同,通过测量同一级次不同收集方向特征谱线形成的干涉圆环半径改变量,可测得高温等离子体射流流动速度。针对同一喷管开展了两车对比试验,实验测得两车射流轴向速度分别为791和783 m·s-1,具有较好的重复性。结果表明基于多普勒效应,利用高温气体自发辐射光谱,结合高光谱分辨F-P干涉仪,能够实现高温等离子体射流速度的精确测量,该方法属于非接触测量,不干扰流场,尤其适用于传统传感器难以应用的高温流场测量。     

F-P标准具温度特性对光纤光栅波长解调精度的影响

F-P标准具的特性易受温度影响,温度变化时,其透射峰会发生漂移,将其应用于光纤光栅波长解调时,温度波动会给波长解调精度带来影响。分析了F-P标准具的温度特性对光纤光栅波长解调精度的影响程度,并分别采用温度稳定性为1.5 GHz和3 GHz的F-P标准具进行了稳定性和重复性实验。实验结果表明:光纤光栅传感器的中心波长不同,由F-P标准具的温度特性产生的解调误差也不同;采用2种F-P标准具测得的稳定性误差最大值分别为0.528 pm和0.676 pm,重复性误差最大值分别为1.77 pm和2.01 pm。     

光纤空气隙法布里-珀罗标准具透射谱线型研究

空气隙法布里-珀罗(F-P)标准具是一种常见的光无源器件,其作为滤波器广泛应用于光通信、光电测量和光传感领域。根据经典干涉理论,F-P标准具的光谱为周期出现的洛伦兹峰。但在对F-P标准具透射谱的校准与拟合过程中,发现其透射峰存在左右不对称以及展宽现象,导致使用经典洛伦兹公式的拟合误差较大。通过分析透射峰不对称度和展宽间的关系,并考虑光纤准直器的发散角以及F-P标准具的装配误差因素,提出了一种基于传统F-P干涉理论并融合发散角与入射偏角的多峰叠加拟合公式。使F-P透射谱的拟合方差提高到0.008、重合精度为0.9998,与基于洛伦兹线型的拟合结果相比提高了近15倍。该研究提供了一种对光纤空气隙F-P标准具透射谱精确拟合的方法,并对其设计以及装配工艺有着重要的指导意义。     

一种高准确度光纤光栅波长解调系统

为了消除F-P滤波器的温度特性对光纤光栅波长解调系统准确度的影响,提出了一种采用F-P标准具作为波长参考计算波长的方法,设计了一种高准确度波长解调系统,并采用虚拟仪器开发平台LabWindows CVI实现了光谱数据的滤波、寻峰及波长计算算法.测试结果表明,该系统的重复性误差小于1.56 pm.稳定性误差小于1.13pm.     

基于法布里-珀罗干涉仪的液体浓度实时检测系统的研究

设计了一种对透明液体浓度进行高精度测量的动态跟踪系统。该系统根据液体的浓度与折射率关系以及折射率与光纤法布里珀罗(F-P)干涉仪干涉光波波长、级次之间关系,通过测量法布里珀罗干涉仪干涉级次的变化量,获得液体浓度的变化量。系统中光源选用He-Ne激光器,波长为632.8 nm,输出功率为2 mW,法布里珀罗干涉腔反射面的反射系数为0.9~0.95,平行度为(1/10~1/20)光波波长,平面度为(1/20~1/100)光波波长,接收干涉条纹的器件采用电荷耦合器件(CCD),对电荷耦合器件输出的信号进行二值化处理时采用阈值浮动措施,消除光强波动带来的测量误差。通过对一组不同浓度酒精进行测量,该系统可识别出0.01?的浓度变化。     

一种高准确度光纤光栅波长解调系统

为了消除F-P滤波器的温度特性对光纤光栅波长解调系统准确度的影响,提出了一种采用F-P标准具作为波长参考计算波长的方法,设计了一种高准确度波长解调系统,并采用虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI实现了光谱数据的滤波、寻峰及波长计算算法.测试结果表明,该系统的重复性误差小于1.56 pm,稳定性误差小于1.13 pm.     

基于法布里-珀罗标准具和多光栅校准的光纤布喇格光栅波长解调系统

为了消除由法布里-珀罗标准具的干涉峰偏移引起的光纤布喇格光栅波长解调误差,采用多参考光栅进行法布里-珀罗标准具波长校准,搭建了相应的光纤布喇格光栅解调平台.将待解调光栅、法布里-珀罗标准具和多个参考光栅分别接入采样通道,用多个参考光栅对法布里-珀罗标准具进行波长校准,得到准确度较高的标准具干涉峰波长,再以此波长计算待测光栅波长,降低了校准误差.实验结果表明,利用该方法搭建的光纤布喇格光栅解调系统校准的重复性误差小于1.6pm,波长解调误差低于1.8pm.     

基于智能手机的迈克耳孙干涉自动计数系统

在迈克耳孙干涉测波长实验中,计数干涉圆环的吞吐数量历来是实验者头疼之事,本文开发了一种基于智能手机的自动计数软件系统.该软件通过智能手机自带摄像头采集干涉环图像,经滤波分析自动计算干涉圆环吞吐数.该系统操作简单,计数精度可以达到0.5环,大大提高了测量准确度.随着智能手机的普及应用,该系统具有广阔的应用前景.     

多光束非定域干涉透射光强分布

研究了多光束非定域干涉现象,得到了多光束非定域干涉的透射光强分布函数。理论研究结果表明,干涉圆环中心位置光强与定域干涉结果一致。对得到的多光束非定域干涉透射光强分布函数进行了数值分析,分析结果表明随着镜面反射系数的增加,非定域干涉条纹变得更加锐细,光谱分辨率提高,同时在低干涉级次处出现了噪声,并且反射系数越高,噪声越明显。在镜面间距不变的情况下,通过改变观察屏位置,对透射光强分布进行数值分析,结果表明干涉级次与干涉圆环倾角的余弦值存在线性关系,通过求斜率可以得到镜面间距。保持观察屏位置不变,通过改变镜面间距,数值分析结果表明干涉级次与干涉圆环半径平方存在线性关系,并且直线斜率与镜面间距也存在线性关系。