基于法布里-珀罗干涉仪的激光谱线特性测量研究

法布里-珀罗干涉仪(简称F-P干涉仪)是具有高光谱分辨能力的光学测量仪器.通过分析F-P干涉仪的干涉图样,能够测量光谱学中的超精细结构,因此在精密光学测量领域中具有重要的研究意义.本文从F-P干涉仪的基本特性出发,介绍干涉仪的基本结构,着重阐述了基于F-P干涉仪的激光谱线特性测量方法,以期为教学与科研提供参考.     

基于法布里-珀罗干涉仪的窄带宽激光脉冲产生及其应用

法布里-珀罗干涉仪的原理是多光束干涉,由于干涉仪内部是谐振腔结构(F-P腔),当入射光的频率满足共振条件时,透射频谱会出现很高的峰值.利用这一特性对输入的光信号进行频率筛选,从而得到理想的窄带宽脉冲信号.本文简要介绍了F-P腔的基本原理,以及利用F-P干涉仪产生窄带宽脉冲的过程,并介绍了该窄带宽脉冲在飞秒受激拉曼光谱、和频振动光谱和二维红外光谱等前沿光谱技术中的应用.     

基于F-P干涉仪溶液浓度微变量实时监测系统的研究

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像,实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系,采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置,对三组不同浓度的甘油溶液进行测量,通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量,用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明:采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.     

双边缘测风激光雷达法布里-珀罗鉴频器控制方法

 提出一种双边缘测风激光雷达法布里-珀罗(F-P)干涉仪鉴频器的非线性比例-积分-微分(PID)控制方法。该方法利用发射激光在鉴频器校正通道的透过率作反馈进行F-P干涉仪鉴频器的稳定控制。首先给出F-P干涉仪鉴频器透过率的控制模型,由气压波动、温度变化和振动等引起的外界扰动被等效为施加在致动压电陶瓷上的扰动外力。为了进行扰动补偿,用新增的反正切函数设计了非线性PID控制器,提高了经典PID控制方法的反馈增益。仿真结果显示,与经典的PID控制相比,新的非线性控制方法可以使F-P干涉仪鉴频器在更短的时间达到稳定状态,并且稳态误差约减小到原来的1/20。     

F-P干涉仪测Na灯波长差实验中必问的几个问题

F-P干涉仪测Na灯的波长差是大学普通物理实验中一个重要的实验内容,但是做实验的学生多是没有光学专业知识背景的理工科学生,对实验原理的理解存在一定的困难.文章通过几个简单问题的提出及回答清晰阐述了F-P干涉仪测Na灯波长差的实验原理,加深了学生对实验的理解,提高了实验操作的成功率及物理实验的教学质量.     

用于弱光光谱测量的压电扫描F—P干涉仪系统

本文给出一个具有优良抗温度漂移性能的、能用于弱光光谱测量的压电扫描式F-P干涉仪系统.     

Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面反射镜

在离轴非球面反射镜研磨后期和粗抛光阶段,被测反射镜面形与理想面形存在着较大的偏差,表面反射率较低,采用干涉测量会因局部区域干涉条纹过密或条纹对比度过低,造成普通干涉仪无法进行全口径测量,而普通接触式轮廓仪测量精度此时已经不能满足加工要求。鉴于Shack-Hartmann波前传感器较大的动态范围和较高的测量精度,提出了采用Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面面形,研究了该方法的检测原理并搭建了检测系统,分析了系统误差来源,并制作了用于在轴检测离轴非球面的参考波前,对两个不同加工精度的离轴非球面反射镜进行了测量,并与干涉仪的测量结果进行了对比。对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果是正确可靠的,并且可以弥补轮廓仪测量和干涉仪测量的不足,从而证明了采用Shack-Hartmann波前传感器在轴检测离轴非球面的可行性和正确性。     

结合二维分光光谱仪与可调谐法布里-珀罗干涉仪的超高分辨率光谱测量技术研究

提出并实验演示了一种新型的超高分辨率光谱测量技术,通过将二维分光的高分辨率面阵光谱仪和可调谐法布里-珀罗(F-P)干涉仪相结合来实现超高分辨率的光谱测量,其中高分辨率面阵光谱仪的分辨率优于可调谐F-P干涉仪的自由光谱范围(FSR)。所采用的可调谐F-P干涉仪光谱范围为780~840 nm,FSR为3.75 GHz,精细度大于100。利用虚拟成像阵列和平面衍射光栅构建了二维分光面阵光谱仪,实现了17.4 nm(792~809.4 nm)光谱范围内0.7 GHz的光谱分辨率,分辨率值高于可调谐F-P的FSR。二者的结合实现了优于37.5 MHz的超高光谱分辨率。利用所构建的光谱仪实际测量了锁模钛宝石激光器的激光光谱,证实可以较为清晰地分辨其间隔为76.3 MHz的各个纵模。     

基于法布里-珀罗腔的激光模式分析

法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察...     

激光超声位移场的共焦法布里-佩罗干涉仪检测技术

一般共焦法布里-佩罗(Fabry-Perot,FP)干涉仪只能检测声场的法向位移分量,而声场的切向位移分量含有法向位移分量所不能表达的材料特性。本文在检测声场法向位移分量共焦FP干涉仪的基础上,自行研制了一新颖的双通道共焦F-P干涉仪,它同时检测来自试样表面+θ和-θ角上的散射光,通过对两路输出信号作简单的信号处理,可以得到试样表面的位移点。用该F-P干涉仪测量了脉冲激光在Ti膜上激发的Lamb波的法向和切向位移,结果与理论预计一致。     

基于STC单片机F-P扫描干涉仪的设计

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理,基于STC89C52RC单片机,采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷,设计了1 064nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%,精细度156,腔长0.1~100mm连续可调,对应自由光谱区1.5~1 500GHz和分辨率9.65~9 650MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘,可以在0~200V和1~30Hz连续可调,显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯,在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪,对激光二极管泵浦Nd:YVO4激光器纵模进行了测量,验证了整个系统的工作性能。     

衍射相关和Lau干涉

本文用离轴傅里叶变换系统的模型和菲涅耳衍射理论分析了衍射受限下的离焦相关器的系统特性,证明是第一模板和第二模板衍射像之间的强度相关积分。推导了衍射相关器作为测量相位物体的干涉仪的一般理论,这时要求编码板函数能衍射自成像并且相关函数为周期性函数。讨论了平行光栅作为编码板时的干涉仪的横向剪切干涉特性,给出了实验结果。本文还证明了衍射相关器是推广到任何平面物体在任何观察距离上的Lau效应装置。衍射相关干涉仪产生Lau干涉条纹,并且是直接应用Lau效应的干涉仪。 关键词：     

用高时间分辨率测速系统测定冲击波阵面的厚度

采用的F-P激光干涉测速系统,由于F-P干涉仪的干涉形成时间在毫微秒级,而变象管相机的时间分辨率为亚毫微秒。因此这种组合不够匹配。采用双光速干涉可以提高干涉仪的时间分辨率,这样便组成了最高的时间分辩率系统。这相当于用变相管相机记录VISAR系统的干涉条纹,称为ORVIS,我们采用了特殊的系统保证数据处理的可靠性。     

大型光学红外望远镜拼接非球面子镜反衍补偿检测光路设计

为了实现大口径、长焦距、批量化离轴镜面的高精度面形检验,本文提出了一种零位反衍补偿检测方案,采用计算全息和球面反射镜共同对离轴镜面法向像差进行补偿,检测光路波像差残差接近于零。检测方案为非轴对称离轴结构,设计了相应的全息对准光路,以保证检测光路装调切实可行。不同离轴量子镜检测光路参数完全一致,仅需更换相应位置计算全息片、调整待测镜空间姿态,即可实现不同类型镜面的快速批量化检验。误差分析结果表明,由补偿元件制造误差、光路失调、干涉仪面形测量重复性以及干涉仪标准球面波偏差引起的待测镜面形误差小于λ/40 (RMS值,λ=632.8 nm)。     

瑞奇-康芒两角度检测法的一种波像差解读方法

瑞奇-康芒法是大口径平面元件面形检测的有效方法.通过分析检测光瞳到被检平面的位置转换关系以及波像差到面形误差的幅值转换关系,分别对检测得到的波像差以及干涉仪离焦产生的Power进行转换处理,利用最小二乘法计算出瑞奇-康芒两角度检测时的干涉仪离焦量,从而获得被检平面的面形误差分布.实验部分给出了第4项到第37项泽尼克多项...     

激光器内的光反馈

反馈光进入谐振腔后的耦合效应会对稳定激光器产生十分不利的影响.由激光器外来的反射光线,例如当稳频激光器用作干涉仪的光源,或对激光波长作精确测定时,由干涉仪来的反射光线重新进入谐振腔,常常会破坏激光频率的稳定[1].通常均采用旋转散射屏[2],光学退耦器(如偏振片和1/4波片[3]或法拉第旋转器[4]等),或采用特殊的干涉仪光路设计(例如用离轴的三面直角棱镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜)以避免干涉仪来的光反馈. 反射光进入谐振腔后的耦合结果与它进入谐振腔时的位相有关.由激光器外来的反射光通常因所经的光程较长,故由振动,温度,气流…     

激光陀螺谐振腔横模特征的测量与分析

为了判定被测激光的模式特征,基于激光的频率特性,提出了一种测量激光陀螺谐振腔横模特征的方法.利用F-P扫描干涉仪,可以实时在线测量激光模式分布特性,该方法以已知F-P扫描干涉仪的频率间隔和扫频速度为比例尺,将难以测量的横模频率间隔转化为易于测量的时间间隔,通过测量从扫描干涉仪给出的谱图,计算出不同横模的频率间隔与纵模间隔的比例系数,并与该陀螺的理论比例系数进行比较,从而实现对激光陀螺谐振腔横模特征的精确判定.通过对某型环形激光谐振腔的测量实验,得到了该陀螺模式特征随着工作电流大小变化的规律:随着放电电流的增加,激光陀螺腔内所振荡的横模由单一的基模逐渐转变为基模和高阶模的混合模,并准确地判定出该谐振腔横模特征,其测量结果与理论结果误差小于2%.利用该方法横模频率间隔测量准确度可达1 MHz,重复性可达0.4 MHz.     

基于F-P腔法的纳米精度非线性误差校准系统研究

为了研究可用于纳米、亚纳米精度的非线性误差校准系统,采用差拍F-P干涉法,在中国计量科学研究院研制的差拍F-P干涉仪基础上,设计并制作了适用于该系统的密封干涉光路的真空系统。通过与电容式测微仪的比对实验,证明了系统的抗干扰能力得到了改善,在大于半波长的测量范围内,系统的非线性度优于3.86nm。     

大口径等厚条纹型F-P干涉仪

本文论述了大口径等厚条纹型F-P干涉仪的工作原理,指出了它具有对光学元件的材料要求较低,抗震动干扰力强,条纹定位精度高等优点.并研制成大口径、能在强震动环境条件下工作的瞬态干涉测试仪,得到了火焰燃烧的干涉图,火箭发动机真实燃气射流的流谱图.     

带微通道的新型光纤法布里-珀罗折射率传感器

报道了一种新型结构的光纤法布里-珀罗(F-P)折射率传感器。使用腐蚀工艺在切割好的掺铒光纤端面制作一个封闭的微槽,然后与一段单模光纤熔接形成封闭的F-P腔。腐蚀产生的微槽底部是一个凹谷,靠近凹谷切割并研磨产生一个微通道,同时光束也能够返回并不损坏F-P干涉仪,利用毛细作用液体可进入F-P腔。根据F-P干涉原理,传感头反射光谱的波谷波长与腔内折射率成线性关系。实验表明当折射率在1.3333～1.3899内变化时,线性度为0.9996,灵敏度为1068 nm/RIU(refractive index unit)。该传感器为全光纤结构,具有体积小、结构稳定、精度高、耐腐蚀等特点,适用于液体和气体折射率的微型化测量。