高精细度微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪

通过在镀膜单模光纤端面制作微透镜,构造了微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪.利用ABCD矩阵方法分析厂微透镜法布单-珀罗腔的模场.由于微透镜的会聚作用,法布里-珀罗腔模场可以和单模光纤模场良好的匹配,从而达到高精细度和低插入损耗.实验制作的微透镜光纤法布里-珀罗干涉仪,自由光谱区范围32.28 nm,精细度为78,峰值透射比为73%;在法布里-珀罗腔的光学腔长增加到100um的情况下,峰值透射比仍然大于50%.该微透镜光纤法布里-珀罗十涉仪制作容易、对设备要求低,可以封装成光纤法布里-珀罗滤波器和传感器,具有广泛的应用前景.     

激光二极管自混合干涉的计算分析和实验观察

实验上观察到自混合干涉信号的幅度仅仅为静态光强的百分之几.反馈光会引起激光二极管阈值电流减小,静态输出光强变化几倍,使激光二极管工作在实际的阈值电流之上.按三镜法布里-珀罗腔结构模型计算激光二极管的出射光强,由干涉函数主极大条件得出光频与反馈光的关系.计算出的自混合干涉信号的波形,以及自混合干涉信号的幅度与静态光强的比值均同实验测量结果一致.在τrC/τ1=22.8的情况下,复合谐振腔可同时有15个谐振模式,这些模随外腔长度的变化小于2.6×10-2cm-1,远小于法布里-珀罗谐振腔谐振模的线宽3.1cm-1,光频在内腔谐振模的线宽以内变化.     

光纤光栅法布里-珀罗传感器频分复用技术

理论分析了光纤光栅法布里-珀罗(F-P)传感器频分复用技术的原理,并给出了信号处理对腔长选取的要求。数值模拟结果表明,不同腔长的传感器具有不同的谐振条纹频率,为保证频域中的信号不发生重叠,要求不同光纤光栅法布里-珀罗传感器间的腔长之差必须大于光纤光栅的长度。进一步的实验及模拟分析结果发现,温度等待测量的变化仅仅使光纤光栅法布里-珀罗传感器的反射光谱整体平移,相应的频域信号只产生相移而形状不发生变化,因而不能采用普通光纤法布里-珀罗(FFP)传感器的腔长傅里叶变换解调法解调频分复用光纤光栅法布里-珀罗传感器的信号。根据这一特点,提出了利用自相关分析实现频分复用传感器系统信号解调的方案。     

基于法布里-珀罗滤波器的40 GHz全光时钟提取实验

研究了在基于法布里-珀罗（F-P)滤波器的全光时钟提取实验中法布里-珀罗滤波器的精细度和信号码型对时钟提取的影响.根据理论分析，利用精细度为1012的F-P滤波器进行了时钟提取实验，并利用SOA进一步抑制时钟信号中的幅度抖动噪音，改善了时钟信号的质量.最终提取出低幅度起伏、低时间抖动的40 GHz 时钟信号.     

10 GHz全光帧时钟提取的理论和实验研究

提出了一种新型的10 GHz全光帧时钟提取的提取方案。采用低精细度的法布里-珀罗(F-P)滤波器直接提出帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对法布里-珀罗滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声。并推导了法布里-珀罗滤波器的精细度和半导体光放大器的自增益调制效应对帧时钟建立时间、消失时间的影响。通过理论分析表明,利用半导体光放大器的自增益调制效应可以降低帧时钟的幅度噪声并加快帧时钟建立速度。实验中,用上述方案对10.075 GHz的帧信号进行了全光帧时钟提取,得到了建立时间为8个信号周期,消失时间为22个信号周期,抖动为2.35 ps的帧时钟信号。     

一种新型多速率归零码全光帧时钟提取系统

提出了一种新型的、低成本的多速率归零(RZ)码全光帧时钟提取方案。采用低精细度的法布里-珀罗滤波器(F-P)直接提取不同速率的帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用不同的偏振延时干涉仪(PDI)和低自由光谱区(FSR)的法布里-珀罗滤波器构成组合滤波器以实现多速率帧时钟提取。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对组合滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声和时间抖动。实验中,利用光开关切换不同的偏振延时干涉仪构成不同自由光谱区的组合滤波器实现了10 GHz、20 GHz和40 GHz的帧时钟提取,得到了高质量、低时间抖动的多速率帧时钟信号。     

可调谐法布里-珀罗滤波器的高精度大范围实时定标

将乙炔(C2H2)气体的吸收光谱作为标准波长参考,对可调谐光纤法布里-珀罗滤波器进行波长实时定标,使解调系统的测量精度提高到1 pm.根据可调谐光纤法布里-珀罗滤波器谐振波长的周期性,提出了大波长范围的波长定标方法,从而可以在1525～1615 nm的范围内对可调谐光纤法布里-珀罗进行精确定标,实现了高精度大波长范围的信号探测.相比于传统的以光纤光栅作为波长参考的定标方法,该方法的测量精度、测量范围、系统运行可靠性都大为改善.     

具有温度补偿功能的光纤振动测量系统

针对光纤振动传感器受温度影响和灵敏度低的问题,设计了具有温度补偿功能的光纤振动测量系统.为减小温度对振动测量的影响,系统利用光纤布喇格光栅测量环境温度,对振动加速度值进行补偿;采用可调谐法布里-珀罗滤波器进行波长解调,并将其作为光纤反射镜,以提高传感器的灵敏度.分析并测试了振动和温度同时测量时的相互影响,结果表明,振动对光纤布喇格光栅中心波长的影响很小,通过数据处理的方法,可消除法布里-珀罗滤波器扫描对振动测量的影响;实验测得,温度变化25℃时,振动加速度最大相对测量误差为1.65%,振动测量的灵敏度为107.70mV/g.     

短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器椭圆拟合腔长解调算法

建立了一种短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器反射光谱的模型,提出了一种双参数椭圆拟合腔长解调算法,并对腔长为26～30μm的复合式法布里-珀罗腔的解调进行了仿真。结果表明,采用双参数椭圆拟合算法进行腔长解调的最大误差仅为0.05μm。搭建了光纤法布里-珀罗传感器解调系统,在加压条件下对复合式光纤法布里-珀罗压力传感器进行了解调实验,实现了20 kHz的解调速率,验证了所提算法在解调短腔长复合式光纤法布里-珀罗压力传感器方面的可行性与实时性。     

模式分裂对法布里-珀罗型光纤水听器谐振曲线的影响

介绍了法布里-珀罗干涉型光纤水听器的工作原理,指出了工作点的选择依据及系统的实现方案。绘制了理想情况下光纤法布里-珀罗干涉的谐振曲线。用光弹学理论分析了光纤的应力双折射问题和谐振腔内模式分裂问题。用模式分裂的原理解释了水听器的谐振曲线畸变现象,提出了描述谐振曲线畸变的数学公式,用MathCAD软件仿真了模式分裂后水听器的干涉过程并绘制了理论曲线。用实验方法测量并记录了模式简并及分裂条件下各种谐振曲线的形状,通过实验照片与仿真曲线进行对比,理论仿真与实验结果吻合,这说明用光纤模式分裂理论解释谐振曲线畸变现象是可行的。     

高速大容量光纤光栅解调仪的研究

采用半导体光放大器和可调谐法布里-珀罗滤波器,以环路结构组成高速扫描激光器,结合光耦合器、光环路器和光电二极管等,形成4通道大容量高速光纤光栅解调仪。系统采用2kHz的类三角波调制信号,驱动法布里-珀罗滤波器在50nm的光谱范围内进行快速扫描。通过引入光纤梳状滤波器和单峰滤波器组成的参考通路,消除法布里-珀罗滤波器的非线性效应和扫描波长漂移问题,使得解调仪具有很好的稳定性和线性度。高速光纤光栅解调仪的稳定性为2pm,分辨率为1pm,线性度为0.99957,测量精度为5pm,解调频率为2kHz。     

白光干涉解调光纤MEMS压力传感器

为了在强电磁干扰、高温、高压等恶劣环境下实现压力的测量,进一步提高传感器的小型化并降低其制作成本,提出并设计了一种基于白光干涉解调的光纤法布里-珀罗压力传感器,实现了传感器的压力测量.基于微机电系统技术,采用光刻、阳极键合以及化学腐蚀的方法制作了以硅和玻璃构成的法布里-珀罗腔体,使用二氧化碳激光器对法布里-珀罗腔体与光纤进行焊接.基于白光干涉解调技术,利用斐索干涉仪与法布里-珀罗腔体的互相关关系对传感器进行了解调,并做了压力实验.实验结果表明:传感器在120~300kPa范围内具有较高的腔长变化灵敏度和线性度,分别为9.012 7nm/kPa和99.9%;传感器分辨率为0.1nm,重复性为0.1%.研究成果对低成本、高一致性光纤F-P传感器的批量制作具有一定的参考价值.     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.     

微型化光纤法布里-珀罗传感器腔长一致性的控制研究

研究了光纤法布里-珀罗腔传感器的腔长一致性的控制技术.通过三维调整架组成微调装置来控制全光纤法布里-珀罗腔的腔长;结合法布里-珀罗腔的工作原理,利用光谱分析仪实时检测加工过程中法布里-珀罗腔的腔长并用装置予以修正;以热熔接的方法将毛细玻璃管与光纤加工成法布里-珀罗腔;利用超景深光学显微系统检查加工的法布里-珀罗腔的关键部位的结构,并对熔接点的牢固性进行了检测.实验结果和数据分析显示:法布里-珀罗腔的腔长得到了较好的控制及一致性,熔接部位的变形和对法布里-珀罗腔的性能的影响也很小.该工艺可用于制备全光纤法布里-珀罗腔传感器.     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.     

面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器

研究了面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器,通过建立有限元数值模型对传感器满量程腔长变化量进行分析。数值仿真显示,有限元模型的满量程腔长变化量处于固支模型和简支模型之间,且随着法布里-珀罗腔半径的减小和硅膜片厚度的增加而偏离固支模型。引入固支边界条件偏离度β对偏离程度进行量化分析。制作了三种不同规格的传感器进行压力实验研究。实验结果显示,实际测量得到的传感器芯片满量程腔长变化量与有限元数值计算的结果基本吻合,使用该有限元模型设计传感器芯片可将满量程腔长变化量误差降低到13.4%以下。传感器最大量程达到105 MPa,满量程测量精度均优于0.100%。     

正弦相位调制双法布里－珀罗干涉术的实验研究

讨论了光纤传光、正弦相位调制的双法布里－珀罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）干涉术实验结果．通过光强信号的傅里叶分析，证实基频幅值和相位均含谐振腔长度或程函变化信息，从而提出实现基频相位或幅值测量的时间间隔测量法或幅值整流基频幅值测量法．在已研制的实验装置上，测试两种方法的灵敏度阈，结果表明：作者提出的平行双通道结构和光纤传光的测试方法能补偿谐振腔温漂影响，简化信号处理过程，更适合实时测量．     

基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

正负折射率交替一维光子晶体窄带梳状滤波器

利用传输矩阵法计算了正负折射率交替一维光子晶体的带隙特性。结果表明这种光子晶体具有宽而平坦的禁带,窄而尖锐的通带。这种带隙特性是受到布拉格散射、法布里-珀罗谐振和n-=0禁带共同影响的结果,通带位置决定于法布里-珀罗谐振。在理论分析基础上设计出密集波分复用用窄带梳状滤波器,给出信道间隔为0.8nm的梳状滤波器的仿真结果。仿真结果表明这种梳状滤波器具有信道间隔窄、禁带平坦、通带极窄的特点。信道间隔可以通过改变一维光子晶体单元周期光学厚度调节。     

基于Terfenol-D材料和光纤光栅法布里珀罗腔的磁场传感器（英文）

基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,对传感器进行温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.7×10~(-3) pm/μT,磁场分辨率为3.0μT。实验结果表明,本传感器对于静态磁场响应具有良好的线性度和指向性,可用于微弱磁场测量.