覆膜长周期光纤光栅在生化分析中的应用及研究进展

总结了纳米薄膜修饰的长周期光纤光栅在折射率生物传感器方面的研究进展,重点介绍了纳米薄膜对长周期光纤光栅折射率传感性能的影响,详细阐述了覆膜长周期光纤光栅在生化分析检测领域的应用,并对其在折射率传感方面的应用前景作了展望。     

应变测量的光栅法

本文提出一种新的应变测量方法。用模压全息光栅作为应变传感器，测量光栅衍射点空间位置的变化量，直接获得应变或应力分量。全息光栅的模压制作，可以大幅度地降低成本。视频技术与微机技术的运用可以自动地获得应变和应力的数值。     

用白光光源获得斜率和曲率的干涉法

本文介绍了用白光光源和衍射光栅作为基本光学元件,在滤波光路中获得物面斜率和曲率条纹的实验原理和方法.讨论了该方法的一些基本性质的和特点.     

光栅应变法的误差分析与改进

将光栅制作于试件表面作为应变传感器，激光束照射试件被测点所产生的衍射图案随该点的变形发生变化。测定衍射图案的变化可以直接计算出被测点的变形。本文分析了该方法中公式简化、离面转角、离面位移引起的误差，结果表明后两个因素的影响不容忽视。本文还对误差的减小和消除进行了讨论。     

基于FBG非均匀反射谱特性的波纹型复合材料蒙皮渐进损伤监测

提出利用布拉格光纤光栅(FBG)非均匀反射谱监测复合材料结构渐进损伤的方法。对波纹型复合材料蒙皮样件进行有限元分析,预测蒙皮在拉伸载荷下失效过程和对应临界失效载荷大小,据此重构FBG传感器的非均匀反射谱,获得铺层失效与传感器反射谱的对应关系,并为实验光谱记录提供参考。构建一种基于FBG非均匀反射谱监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的监测系统,进行拉伸实验,实验结果表明系统实测光谱与重构的反射谱趋势相同,对应失效载荷与预测值最大误差为8.6%,证明了采用FBG传感器监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的可行性。该方法通过实时监测预测失效范围内FBG非均匀反射谱的变化,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需破坏试件结构,即可实现对波纹型复合材料蒙皮渐进损伤程度及铺层失效次序精确、迅速的在线监测,研究结果为智能蒙皮动态监测领域提供新的思路和实验参考。     

镀金属两层膜系长周期光纤光栅模式转换与折射率响应

基于耦合模理论,研究了镀金属两层膜系长周期光纤光栅(LPFG)的模式转换及其折射率响应特性。从表面等离子体共振(SPR)的激励条件和模式转换发生条件出发,指出镀金属两层膜系LPFG中的SPR和模式转换不会同时发生,在此基础上分析了镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率随敏感薄膜厚度的变化,发现镀金属两层膜系LPFG的模式转换区域比镀膜LPFG的转换区域要宽,且模式转换区域内第一次转换时的有效折射率变化斜率比镀膜LPFG的大,意味着在该区域其对敏感膜层的变化有更高的响应。考察了金属薄膜厚度对镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率的影响,结果表明,随着金属薄膜厚度的增加,第一次转换时有效折射率的变化斜率逐渐增加。分析了第一次转换时镀金属两层膜系LPFG透射谱对敏感薄膜折射率变化的响应特性,结果表明,镀金属两层膜系LPFG传感器对敏感薄膜折射率的灵敏度明显高于镀膜LPFG,对敏感薄膜折射率的灵敏度的分辨率可达10-6。     

基于SU-8聚合物的越级衍射型单纤三向波分复用器

介绍了基于阵列波导光栅(AWG)的单纤三向波分复用器的设计、仿真、制作与测试。利用阵列波导光栅的频谱周期性,采用越级衍射方法可在无需改变AWG布局,无需额外元件的情况下覆盖三向波分复用器的整个工作波段(1310~1550nm)。器件的芯层采用较高折射率的SU-8聚合物,下包层是二氧化硅,并用空气作为覆盖层,制作流程简单,只需要紫外光刻,成本低。仿真结果显示三个工作通道3dB带宽都大于11nm,偏振波长漂移不超过0.65nm。器件测试结果验证了越级衍射设计的正确性,在TM偏振态下的第二和第三波长通道的额外损耗是3dB左右,第一波长通道的额外损耗是7dB左右,串扰在-15dB左右。整个器件大小仅1.3mm×0.402mm。     

基于腔内偏振分束器偏振控制的线偏振掺镱双包层光纤激光器

研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构,腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制,实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率(10.2%)的保偏光纤布拉格光栅(PM-FBG)构成;由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应,通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系,其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08nm和1070.39nm、功率为1W、激光信噪比为48dB、斜率效率为34%、3dB带宽为0.02nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究:单波长运转时为线偏振激光,偏振度达13.37dB;双波长运转时为正交偏振激光。     

基于校正多相位快速傅里叶变换算法的叠栅条纹相位差测量

叠栅条纹相位差测量是光栅位移测量中的关键技术,在两块光栅相对运动过程中,叠栅条纹信号的频率会因光栅夹角误差的存在而发生偏移,采用传统多相位快速傅里叶变换(MPFFT)算法计算任意时刻叠栅条纹相位值会产生测量误差,导致相位差测量不准确。为了减少频偏所产生的相位测量误差,提出了一种校正MPFFT相位测量算法,推导出了基于相位差校正法的MPFFT谱校正模型。仿真结果表明,在无噪声情况下,当光栅夹角误差为0.1°时,信号的最大频率偏移量约为4.19kHz,传统MPFFT相位测量误差大于100°,经相位校正后,相位测量误差小于0.2°,相位差测量误差小于0.004°;在高斯噪声和谐波干扰情况下,相位差测量误差小于0.2°,当取栅距为20μm时,相位差测量误差所产生的位移测量误差小于0.0111μm,为光栅位移纳米级测量提供了参考。     

消谱线弯曲棱镜-光栅型成像光谱仪设计

针对平面光栅和棱镜成像光谱仪难以校正谱线弯曲的问题,提出了利用棱镜-光栅(P-G)组合分光元件并结合系统物镜畸变校正谱线弯曲的方法。分别计算了棱镜和光栅产生的谱线弯曲以及P-G组合元件产生的光谱弯曲,分析了棱镜和光栅的谱线弯曲特性,并基于此设计了P-G组合分光元件和消谱线弯曲成像光谱仪结构。通过优化设计得到光学系统的光谱分辨率高于2nm,点列图均方根(RMS)半径小于8μm,系统谱线弯曲和光谱弯曲小于2μm。证明了P-G组合元件结合系统物镜畸变可补偿校正整个工作波段的谱线弯曲和光谱弯曲。最后的设计结果表明,基于P-G分光元件的成像光谱仪系统在满足像质要求的前提下,谱线弯曲小于1/4像元尺寸,满足使用要求。