光纤折射率传感器的设计与研究

基于菲涅耳反射及法布里-珀罗干涉原理设计的测量液体折射率的光纤传感器,该传感器可直接采用普通光纤裸纤端面作为传感器探头,探测系统具有结构简单,操作方便的特点,通过菲涅尔反射法和法布里-珀罗干涉法精确测量了水、甲苯和苯甲醚等样品的折射率,测量结果精确度较高。     

菲涅尔公式的实验研究

菲涅耳公式是通过理论推导而得出的,在光学理论中占有重要地位,很多光学现象都可以用其解释,但这一公式却难于用实验直接验证。本文利用折射定律将菲涅耳公式形变处理,消除了不易测量的折射角,把不可测量的电矢量振幅转化为可测量的光强,并且选择在空气和水的分界面进行实验研究,使得菲涅尔公式的完整实验验证成为可能,实验曲线与mathematica软件数值模拟曲线完全吻合。     

用微分全反射法测量非均匀固体混合物的折射率和比例

基于菲涅耳公式的模型和非线性拟合法,提出了微分全反射法,通过测量样品表面的反射光的光强可得到固体混合物各成分的折射率及其比例.     

基于显微物镜的表面等离子体共振EI北大核心CSCD

利用高数值孔径显微物镜(油浸)并采用Kretschmann结构在52.3nm金膜上激发了表面等离子体共振.从麦克斯韦方程和菲涅尔公式出发,建立了相应的数学模型,并对物镜后焦面的光强分布进行了数值模拟.由图像传感器采集了后焦面的光强分布,通过计算机处理并显示.与理论结果对比,实验得到的共振角与理论值相符.对数值模拟和检测结果的分析为金膜表面介质的表面等离子体共振成像应用和折射率检测提供了理论与实验依据.     

菲涅耳公式的研究及数值模拟

菲涅耳公式阐述了光在两种不同透明介质的分界面上,发生反射和折射现象时,反射光、折射光的振幅变化规律。本文通过对菲涅尔公式的变形处理,得到了新的表达形式,并且应用Matlab软件进行了数值模拟,使菲涅耳公式的物理意义更清晰明了。     

菲涅尔多缝衍射的数值计算

本文直接由菲涅尔一基尔霍夫衍射积分公式出发,通过数值积分的方法,计算菲涅尔单缝、双缝以及多缝衍射的光强分布,绘制出其相应的光强分布曲线.同时给出了计算菲涅尔多缝衍射的光振动分布的具体表达式.研究结果对于理解菲涅尔衍射现象具有重要的理论参考意义.     

菲涅尔双棱镜折射率和锐角的测量

菲涅尔双棱镜折射率和锐角的测量张雄（云南师范大学物理系昆明６５００９２）用菲涅尔双棱镜测定光波长，是理工科学生的必修实验，在实验中双棱镜的折射率及两个小锐角的数值，均与相邻干涉条纹的间距、两虚光源的间距和位置等有关．本文介绍一种用分光仪测量双棱镜折射...     

蘸粘式光纤液体分析仪的折射率传感特性研究

提出了一种测量液体折射率的光纤液体分析仪。利用液体表面张力的作用,在光纤探头端形成一个液滴。该液滴的作用相当于一个平凸透镜,发射光纤出射的光经液滴表面折射、未扰液面的反射和液滴表面的再次折射后进入接收光纤。根据菲涅耳公式,光线在各个界面的透射系数和反射系数与液体的折射率有关,且对于不同的液体,光线的传输路径不同。基于球面折射成像和反射式强度调制原理,分析了光线的传输路径,并建立了接收光纤接收到的光强与液体折射率的关系模型。对不同浓度的NaCl溶液进行了测量,实验结果符合理论预期,表明该方法可以用于液体折射率的测量。     

平行单色光狭缝衍射的区域划分

利用基尔霍夫衍射公式通过数值计算绘制出理想狭缝在不同区域的衍射光强分布,并与菲涅耳衍射公式及夫朗禾费衍射公式的计算的结果比较,对基尔霍夫衍射公式、菲涅尔衍射公式和夫朗禾费衍射公式的适用范围做了详细的讨论.     

厚度误差对THz-TDS的测量不确定度分析

阐述了基于菲涅尔公式的透射式太赫兹时域光谱系统提取样品光学常数的方法和原理,分析了样品厚度误差对THz-TDS测量不确定度的影响,并建立了相应的不确定度模型。进行太赫兹时域光谱测量实验,提取硅片在太赫兹波段的折射率,并计算了误差对提取样品折射率的影响。结果表明,随着厚度误差的增大,系统测量偏差也随之增大。对于较厚样品,相同厚度误差对其测量结果影响较小。样品厚度为994μm时,在厚度存在1μm的测量误差情况下,系统测量折射率的偏差为0.001 2,接近模型的仿真值。实验结果验证了厚度误差对测量不确定度模型的有效性,了解了厚度误差对系统测量结果的影响情况,对测量过程及结果分析具有一定的指导意义。     

基于棱镜的椭偏法测量液体复折射率

通过引进等腰棱镜,利用椭偏测量技术实现了液体复折射率的精确测量.基于菲涅尔公式及椭偏测量原理,从理论上分析仪器测量得到的椭偏参数与棱镜-液体界面椭偏参数的关系,并讨论了测量液体折射率及吸收系数的精度.使用消光式椭偏仪,测量了水和印度墨水的复折射率,得到了样品的折射率、吸收系数随浓度变化的实验曲线,实验结果与参考文献基本一致.实验表明:棱镜椭圆偏振技术测量液体折射率及吸收系数的精度分别为0.000 4和0.000 3,适合于快速测量.     

一种测量折射率的新方法

折射率是透明物质的重要参数,在科学研究和生产实践中有广泛应用。运用变形后的菲涅尔公式,设计了一种可以同时测量固体和液体折射率的新方法。测量方法简单,测量结果准确,具有很强的实际应用价值。     

小尺度表面粗糙度与介质吸收对介质折射率测量的影响（英文）

将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜,并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明,小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段,为了得到优于10~(-5)的测量准确度,测量表面粗糙介质的折射率时,采用全反角进行判定;测量具有吸收效应的介质折射率时,采用布儒斯特角进行判定.     

强度调制型光纤折射率传感器的设计与研究

研制了一种基于菲涅耳反射原理的测量液体折射率的光纤传感器.该传感器采用普通FC/PC尾纤插头作为传感头.整个实验系统需要的元件少、光路简单.讨论了测量的基本原理和数据处理方法.采用相对强度的数据处理方法,有效地消除了光源不稳定性和光路中各种损耗所带来的误差,提高了系统的测量准确度.实验结果表明,测量准确度能够达到10－4 量级,并且适合微量液体的测量.该测量方法还可扩展到固体、气体和其它与折射率相关参量的测量.     

小尺度表面粗糙度与介质吸收对介质折射率测量的影响

将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜,并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明,小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段,为了得到优于10-5的测量准确度,测量表面粗糙介质的折射率时,采用全反角进行判定;测量具有吸收效应的介质折射率时,采用布儒斯特角进行判定.     

光强非均匀分布对波前曲率传感器的影响

为了将波前曲率传感器用于涉及激光波前的领域,理论分析了非均匀光强入射条件下的曲率传感器测量信号。用菲涅耳衍射公式,数值计算了相位分布为前10阶泽尼克多项式,光强为高斯分布和正态随机分布闪烁的曲率传感器信号,并和相同相位分布,光强均匀情况下的传感器信号比较。分析表明光强非均匀分布给波前曲率传感器测量信号带来了一定的误差。光强高斯分布对散焦相差的曲率信号影响较大,信号百分比误差达到25%,对其他相差的曲率信号影响很小;对于有正态随机分布闪烁的光强分布,信号百分比误差与正态随机分布的均方差成线性关系。在一定条件下,波前曲率传感器也能够用于光强非均匀分布的领域。     

纯相位菲涅尔全息图的反馈迭代算法及其硅基液晶显示

研究了纯相位菲涅尔计算全息图的制作方法,给出了一种生成纯相位菲涅尔计算全息图的算法.首先研究了菲涅尔衍射的数值模拟算法,分析了两种数值模拟算法的计算速度.将计算速度较快的菲涅尔衍射数值模拟算法和迭代算法相结合,并引入比例反馈,得到纯相位菲涅尔计算全息图的反馈迭代算法.其次,对比例反馈系数的选取进行了实验研究,得到其最优经验值范围,然后进行了仿真实验.仿真结果表明,该算法降低了重构误差,提高了全息图重构质量.最后基于新型空间光调制器反射型硅基液晶,建立了全息显示光电实验系统,对该算法进行了验证.     

夫琅和费光栅衍射光强分析

利用通过振幅叠加法得到的光栅衍射光强分布公式和菲涅尔半波带法讨论了光栅衍射主极大、极小、次极大等现象。     

用反射率和低相干技术测容器内液体的折射率

为测量透明容器内液体的折射率,建立了基于容器内表面反射率测量的低相干技术实验系统。系统采用宽带低相干半导体激光光源和改进的迈克尔逊干涉仪,将装有待测液体的容器放入测量臂光路中,调节参考臂的光程,使由容器前壁内表面反射光的光程与来自参考臂反射光的光程相等,出现干涉现象。捕捉并记录下此干涉信号,并从中求出容器前壁内表面反射光的强度,再结合菲涅尔公式及反射率的定义,即可求出待测液体的折射率,其测量精度与阿贝折射仪相当。方法能够方便、快捷、准确地测出容器内液体的折射率,可用于食品、生物医学检验等领域内液体浓度或折射率的实时非接触监测。     

LP—1激光功率计原理及其在物理实验中的应用

在光学实验中有很多需要测量光强的实验,如光度测量、光学成象系统的照度、菲涅耳衍射的光强分布、偏振光的研究、迈克尔逊干涉仪测量光源的相干长度、菲涅耳公式的研究等。常用的测光元件有光敏电阻、硒光电池、硅光电二极管和光电倍增管。光敏电阻的线性较差,仅在弱光和小范围(如一个数量级)内光电导和照度之间可作线性