Ф300F800哈特曼物镜的研制

研制出了一种能在外场使用的哈特曼物镜，该物镜口径为300mm，焦距800mm，视场为-1～1mrad，在0．532nm、0．6328nm、1．064nm三种波长（λ）下工作，主波长为0．6328nm。该系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃，物镜是高次非球面，用WYKO干涉仪检测，检测结果表明物镜波面误差PV值为λ／12，均方根值RMS优于λ／100。     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

基于波长控制的LiNbO3晶体强电场传感器

为了抵消自然双折射引起的Pockels电场传感器的工作点漂移,设计了一种基于波长控制的铌酸锂晶体强电场传感器。设计的传感器系统包括:可调谐激光器、Pockels传感器、微控制单元及光电探测器。采用微控制器控制可调谐激光器的输出波长,使传感器具有π的固有相位偏置,即使传感器工作在线性区。仿真结果表明:当设计的传感器晶体长度大于0.45mm时,在1530～1565nm范围内可以找到使传感器工作在线性区的工作波长。最后结合传感器最大可测电场与半波电场之间的关系E_(max)≈0.3Eπ,得出传感器晶体长度为6.32mm,光沿z方向传播,x方向加电场,传感器最大可测电场为1000kV/m,此时调谐传感器的工作波长为1546.1nm可以使传感器工作在线性区。     

基于掺铒光纤的微型光纤法布里-珀罗干涉传感器

提出了一种化学腐蚀掺铒光纤制作微型光纤法布里-珀罗干涉传感器的方法。通过对掺铒光纤进行化学腐蚀,形成凹槽,再与单模光纤直接熔接制作而成。实验制作的微型法布里-珀罗干涉传感器干涉条纹光滑,对比度达到15dB。对该微型光纤法布里珀罗干涉腔进行了应变和温度传感实验。实验结果表明,在0-600με￡内,波谷移动随应变改变的灵敏度达到1．7pm／με,线性度为0．9998,从73～23℃,波谷移动随温度改变的灵敏度3．9pm／℃,线性度为0．9982。该方法制作的微型光纤法布里-珀罗传感器具有操作简单,一次成型,制作成本低的优点。     

用于光纤光栅压力传感器的一种新型布喇格波长调解系统

介绍了一种基于双光纤布喇格光栅实现波长解调的高准确度、低成本光纤光栅压力传感器．在外界压力下，传感光纤布喇格光栅的反射波长产生漂移，其漂移量被粘贴在以一定频率上下扫描的等强度悬臂梁上的匹配光纤布喇格光栅调制为系统输出时间脉冲序列的脉冲宽度．实验结果表明：该解调技术的波长测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm，对于量程为0～6MPa的压力传感器其测量的不确定度为0．005MPa．     

波长和强度同时响应的锥形多模光纤温度传感器

通过将一段长为17 mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接,然后对多模光纤部分进行拉锥处理,得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器。实验研究了30 ℃~80 ℃范围内传感器的温度传感特性。实验结果表明:当环境温度发生变化时,该传感器在1 542 nm附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到0. 041 nm/℃和0. 106 dB/℃,并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系。基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系,通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调,该方法为传感解调信号提供了新思路,具有重要的参考价值。     

弯曲光纤布拉格光栅靶式流量传感器的研究

设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的弯曲靶式流量传感器,采用COMSOL软件仿真了弯曲靶臂受力时的应变分布规律,并将两支FBGs分别粘贴于靶臂的外侧和内侧进行应力测试,仿真与实验结果表明在外力作用下靶臂外侧和内侧分别产生拉应变和压应变,FBGs反射中心波长产生红移和蓝移。同时,测试了该结构的温度特性,在20 ℃~40 ℃两支FBGs反射中心波长均与温度呈线性关系,从而可消除温度对测量结果的影响。随后搭建了弯曲靶式FBG流量传感器测量装置,在0~800 L/H范围内的测量结果表明,两支FBGs反射中心波长与水流量呈较好的线性关系,其流量灵敏度为48 L/H。     

15波长输出的布里渊掺铒光纤激光器

多波长布里渊掺铒光纤激光器是一种新型的多波长光纤激光器,其原理是利用受激布里渊增益和掺铒光纤的线性增益,可以在常温下得到波长间隔约为0．08nm(～10GHz)的多波长输出。报道的布里渊掺铒光纤激光器,在布里渊抽运功率为1．7mW、980nm抽运功率为300mW的情况下得到稳定的15个波长(间隔～10GHz)的输出,这种激光器用作光传感器、光谱分析仪以及密集波分复用系统的光源。实验发现,输出波长的个数随着980nm抽运功率的增大而增加。另外,布里渊掺铒光纤激光器的信号功率主要来自于掺铒光纤的增益,而布里渊增益对它的影响不大。     

基于熔融拉锥的高灵敏干涉型微光纤氨气传感器

利用光纤火焰熔融拉锥法,制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH_3)传感器.该传感器将一段长度为10mm的保偏光纤接入普通单模光纤中,通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理,利用保偏光纤纤芯模与包层模相互作用实现模间干涉.外界环境中NH_3浓度变化时,细锥区倏逝场发生变化,通过检测透射谱中波长的漂移,实现传感器对环境中NH_3浓度的测量.实验结果表明,当NH_3浓度由8ppm~56ppm变化时,透射谱向长波方向移动约5nm,且NH_3浓度与波长漂移成二次拟合.在NH_3浓度为32ppm~56ppm变化时,可将NH_3浓度与波长漂移近似看成线性关系,此时传感器的灵敏度为176.08pm/ppm.该传感器具有体积小,制作简单,灵敏度高等优点,可用于不同领域的NH_3传感测量.     

基于飞秒激光加工的马赫-曾德尔干涉氢气传感器

介绍了一种基于光纤微加工的氢气传感技术方案。利用波长为800nm的飞秒激光脉冲在普通单模光纤上加工马赫-曾德尔(M-Z)干涉腔,并采用磁控溅射方法在加工后的M-Z干涉微腔上溅射钯(Pd)膜,制备了一种新型的光纤氢气传感器。分析了加工工艺对微腔干涉效果的影响,选择合适的加工参数以及加工后对微腔进行后续处理,可使微腔的透射光谱的分辨率得到提高。实验研究了腔长为40μm的M-Z干涉传感器分别镀36nm、110nmPd膜后,对氢气的响应。结果表明,在不同的氢气浓度下,镀Pd膜的M-Z干涉传感器都表现出对氢气的敏感特性,随着氢气浓度的增大,透射光谱会向长波长方向偏移,其中Pd膜厚度为110nm比厚度为36nm的传感器对氢气有更好的灵敏度。     

使用硅橡胶涂敷的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的压力传感研究

用硅橡胶对Mach-Zehnder干涉仪的传感臂进行涂敷,可以增加干涉仪压力传感的灵敏度.实验中分别使用宽带和窄带光源,借助光谱仪和光功率计观测干涉谱波长改变和光谱峰值功率变化,对微小压力进行了测量.当压力改变为1.03×10－4 MPa时,波长改变约0.02 nm,系统传感灵敏度为1.96×10－4 nm/Pa,是涂敷前的2.15倍.     

基于复合干涉的光纤低相干干涉传感系统研究

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪,其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化,可实现远程测量;另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术,使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值,对被测量实现绝对测量,并使测量量程不受波长限制;同时,用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6mm,测量分辨率小于1nm,位移实验结果的线性相关系数R为0.99。     

以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪

提出并在实验上实现了一种以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪。原理上它不要求相位解调一次和二次谐波分量振幅在实验中必须保持相等，从而将动态范围提高了３－４个数量级且不损失精度。用压电陶瓷和微电机驱动位移。     

Quasi-common-path laser feedback interferometry based on frequency shifting and multiplexing

We present a quasi-common-path laser feedback interferometer based on frequency shifting and multiplexing. The interferometer uses two acousto-optic modulators to shift the frequency of the target-generated feedback light by 2 Omega. A properly aligned mirror is inserted into the feedback path to generate a feedback light frequency shifted by Omega. Phase variations of the two quasi-common-path feedback light beams are simultaneously measured through heterodyne demodulation with two different reference signals. Their subtraction accurately reflects the target displacement. Under typical room conditions, the system's short-period resolution is better than 2 nm, and its 3 min displacement accuracy is 8 nm.     

Switching behaviour of a nonlinear Mach-Zehnder interferometer

In the present paper, a detailed investigation on the switching behaviour of a nonlinear Mach-Zehnder interferometer (NMZI) has been carried out using beam propagation method (BPM). A thorough investigation on input vs. output characteristic has been carried out by varying different parameters like length of the arms, refractive index of the linear/nonlinear arm, wavelength of the input beams and nonlinear coefficient of the material of the nonlinear arm. The input vs. output characteristic has also been investigated by shifting the balance point of the NMZI. The present paper provides a physically intuitive understanding of the effect of change in different parameters of the NMZI on its switching behaviour.     

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。     

Miniature lamellar grating interferometer based on silicon technology

We present a lamellar grating interferometer realized with microelectromechanical system technology. It is used as a time-scanning Fourier-transform spectrometer. The motion is carried out by an electrostatic comb drive actuator fabricated by silicon micromachining, particularly by silicon-on-insulator technology. For the first time to our knowledge, we measure the spectrum of an extended white-light source with a resolution of 1.6 nm at a wavelength of 400 nm and of 5.5 nm at 800 nm. The wavelength accuracy is better than 0.5 nm, and the inspected wavelength range extends from 380 to 1100 nm. The optical path difference maximum is 145 microm. The dimensions of the device are 5 mm x 5 mm.     

晶格旋转光子晶体Mach-Zehnder干涉结构传感特性

基于光子晶体的自准直效应,利用在同一背景折射率下不同介质柱的等效折射率的不同,提出了一种基于晶格旋转的二维光子晶体Mach-Zehnder干涉仪折射率传感器。分别应用线缺陷和空气平板波导构成其分束镜和全反镜,并在其中一个干涉臂上设置传感区域。通过改变填充到传感区域溶液的浓度,改变介质柱的折射率,进而影响透射谱的中心波长,从而建立起溶液浓度和透射波长之间的数学关系;并进行了酒精溶液浓度测量的数值模拟,结果表明,该传感器在1.33~1.37折射率变化范围内灵敏度为250nm/RIU。     

A displacement measurement system, utilizing a Wollaston interferometer

A dual interferometric displacement measurement system is presented where a Wollaston prism interferometer is employed in conjunction with a normal Michelson interferometer. The system operates without the use of external polarizers, apart from those associated with the Wollaston prism interferometer itself. It is shown that an optical path difference induced in the Michelson interferometer can be detected using the Wollaston prism in a normal interferometer arrangement. Further, the interference pattern produced by the Wollaston prism interferometer changes in a measurable, linear fashion as the optical path difference from the Michelson interferometer alters. A simple theoretical analysis of the system is presented and used to derive a computer model of the optical arrangement. Results from an experimental implementation of the system, using a Wollaston prism with a beam separation of 0.5 degrees and a superluminescent diode, of wavelength 825 nm, as a light source, are included and compared to the results from the computer model.     

Laser diode interferometer used for measuring displacements in large range with a nanometer accuracy

In this paper, the displacement of an object is measured with a photothermal phase-modulating laser diode interferometer. A feedback control system is designed to reduce the measurement errors caused by the fluctuations in the optical wavelength of the laser diode and the vibrations of the optical components in the interferometer. A new method is proposed to enlarge the measuring range of displacement. Using this method, the measuring range is enlarged from half wavelength to nearly 125 μm and the measurement accuracy is about 1 nm. The simulation and experimental results have shown the usefulness of the method and the feedback control system.