光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.     

光纤锥在线型马赫-曾德干涉仪的折射率传感特性

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫-曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥,光纤锥的直径为43.7μm,长度为480μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器,激发出光纤高阶模,并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差,将导致干涉仪的传输光谱发生漂移,从而实现传感测量.实验结果表明:当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时,传感器的折射率灵敏度为-128.233nm/RIU;当水溶液的温度变化范围为30~75℃时,传感器的温度灵敏度为0.111nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点,可应用于生物传感测量.     

基于马赫-曾德干涉的全光纤双参量传感器

提出一种基于S形-错位结构的全光纤马赫-曾德干涉仪（MZI）双参量传感器。该传感结构是采用单模光纤在光纤熔接机中通过简单的放电和熔接等步骤制备而成。顺时针扭转时, 传感器的传输光谱向短波长方向偏移; 逆时针扭转, 向长波长方向偏移。对传感器的实验研究结果表明,该传感器在光纤横截面上顺时针和逆时针两个旋转方向上的扭曲传感灵敏度分别为−223 pm/(rad·cm⁻¹), 140 pm/(rad·cm⁻¹),且可实现扭转方向的判别,在一定应变范围内的应变灵敏度为0.145×10⁶ dB/ε(这里ε为应变),且温度交叉灵敏度极小,可忽略不计。因此,这种基于单模光纤的纤芯-包层MZI双参量传感器具有传感灵敏度高,体积小巧,工艺简单,成本低廉且可判别扭转方向的优点,有望成为众多双参量测量操作中良好的候选仪器之一。     

利用组合马赫-曾德干涉光路“编织”光学格子

文章在马赫-曾德干涉光路的基础上加入简单修改形成一种组合干涉光路,可以非常方便地获得二维干涉光场。通过改变光路的相关参数,可以"编织"出一些有趣的光学格子,丰富拓展了干涉实验的内容。     

成像光谱测量研究

详细论述成像光谱仪的工作原理和各系统的研究方案，提出控制线性偏振光的光学设计方法，分析成像光谱的像光谱间相关性，最后介绍成像光谱仪的推广应用前景。     

基于光纤气泡级联的高灵敏度马赫曾德干涉液体折射率传感器

通过化学腐蚀方法制作了一种基于光纤气泡级联马赫曾德干涉液体折射率传感器.在细芯光纤两端熔接切割端面被腐蚀的单模光纤,构成气泡-细芯光纤-气泡结构,该结构中两个气泡耦合光场,细芯光纤作为传感臂,构成光纤马赫曾德干涉仪.对该传感器的干涉谱能量随折射率的变化规律进行了研究,结果表明:干涉谱的能量与环境折射率之间存在较好的线性关系,同时波长变化对环境折射率变化不敏感;当外界折射率变化范围在1.345~1.389时,传感器的灵敏度为-216.21dB/RIU.该传感器在生物化学领域有较好的应用前景.     

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。     

基于马赫曾德干涉光路的光压测量装置设计

基于马赫曾德干涉原理,设计搭建了可调制与放大干涉条纹的光压测量装置.由频率和功率可调制脉冲激光产生光压,使真空中两面高反镀铝薄膜产生微小形变(位移),从而使由氦氖激光器发射、经半反半透镜分束的参考光和信号光的光程差改变,即干涉条纹发生改变.用CCD记录干涉条纹位移量,数据处理获得干涉条纹位移量和薄膜形变量的关系,计算出脉冲激光在薄膜处的光压.分别讨论了脉冲激光入射角度、频率等参量对检测结果的影响,并通过双角度入射方法消除了热辐射效应的影响.该检测装置可测得最小光功率为15.0mW所产生的光压大小为13.42μPa,线性工作范围为15.0mW(13.42μPa)至200mW(1179μPa),且工作稳定、灵敏度高,测量结果准确.     

用三干涉臂马赫-曾德尔干涉仪制成的光纤密集型波分复用器

提出一种新型的光纤干涉仪 ,它是采用二个 3× 3单模光纤耦合器组成三光纤系统的马赫 -曾德尔 (Mach- Zehnder)干涉仪 ,当干涉仪的三条光纤干涉臂两两之间分别存在长度差Δ L和2Δ L时 ,干涉仪形成了一个波分复用间隔相等的三波分复用器 ,波分复用的波长间隔仅仅取决于ΔL的大小。实验样品的使用波段为 1.55μm,波长复用间隔为 1.6 nm,附加损耗为 0 .6 d B。     

双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统定位技术

基于马赫-曾德尔干涉原理的分布式光纤传感系统具有对油气管道破坏行为的预警潜力,而分布式的定位技术是其关键技术之一;基于互相关原理、对其定位理论进行了研究,构建了基于虚拟仪器平台的实验系统、并进行了试验;在总长20 km光纤的8个不同位置分别进行多次试验,初步试验结果达到了149 m的定位精度,接近了实际工程的定位需求。     

光纤Mach-Zehnder空间干涉系统的实验研究

深入细致地分析和研究光纤Mach-Zehnder空间干涉系统,详细介绍了各组成部分及功能,并对空间干涉场进行了理论分析,得到了线偏振光输出下的干涉场理论表达式和干涉场图。     

基于倏逝波的锥形光纤马赫-曾德尔湿度传感器

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器,传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入,经过第1个粗锥时,将激发出若干高阶模,各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时,细锥区倏逝场随之变化,最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化,可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明,在35%~85%RH的湿度变化范围内,透射谱的能量具有相同变化趋势,处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH,温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高,温度交叉敏感小等特点,具有很好的应用前景。     

基于卡尔曼滤波的分布式光纤Raman测温系统

分布式光纤喇曼测温系统采用了线性逼近的方法进行温度解调,并通过灵敏度分析法获取了相应的线性解调参数。为了提高系统的精度,在信号累加平均去噪的基础上,采用了卡尔曼滤波的方法,通过对前一时刻的估计值与当前测量值的递推,实现了对存在测量噪声的温度信号的最优化估计,完成了对现场采集信号的实时更新和处理。实验验证了该滤波方案的可行性,随着外界环境温度的变化,测温系统能够得到合理的温度曲线,测量误差小于1℃。系统响应性良好,性能稳定,能够适应复杂的环境变化。     

在线型光纤法布里-珀罗折射率传感器及光谱分析方法研究

提出一种在线型光纤法布里-珀罗折射率传感器。传感器由空芯光子晶体光纤两端熔接单模光纤而成。理论分析并实验验证了其折射率传感特性。结果表明,干涉条纹对比度随溶液折射率的增加而减小,与理论模拟一致。提出利用标准差解调方法对干涉谱进行分析,标准差解调方法具有更好的线性度和准确性,可靠性更高,便于编程实现自动化、快速的数据分析和溶液折射率的实时检测。     

一种基于光学干涉原理的图像分割方法

 介绍了基于光学干涉原理的图像分割理论算法。在计算机上模拟一个均匀相干光源、一个滤波器和一个接收屏。选择强度 相位的转换曲线，将输入图像的强度信息转化成伪相位信息，并显示在滤波器上。利用光源照明滤波器上的相位图，在接收屏上得到其干涉条纹。再通过选择阈值对干涉图进行分割得到二值图，从而实现输入图像的边缘分割。计算结果表明，该方法得到的图像轮廓，与Sobel 算子效果相当。与实验结果对比分析可得，改善硬件并实现良好的分割效果的关键在于：控制光源的相干长度，或增大液晶的点阵间隔，并利用CCD相机和计算机相连，对干涉图进行二值化。     

高精度的光纤衰减系数测试系统的设计

利用常规仪器设备，设计了一套集光、机、电为一体的光纤衰减测量,实现了数字化监测显示，并可与微机接口；采用双光路法，消除了由于光源光强不稳定产生的误差。     

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10 ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9 mm和10.5 mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。     

基于全息光学元件的光纤光谱仪的光路设计

基于全息光学理论分析了全息光学元件的高斯成像性质,包括光焦度、成像位置、衍射效率以及作为光纤光谱仪光栅元件的可行性,并以全息光栅的成像理论以及光谱仪工作原理为基础,设计了光谱仪器光学系统的各个参数,通过Zemax软件的仿真、像质评价及优化,得出最终的参数和模拟结果。所使用的全息光栅记录波长为575 nm,记录光束之间的夹角为10,一束为平面波,一束为球面波,焦距40 mm,使用+1级衍射光,光栅孔径为10 mm。光谱仪的工作波长范围为400 nm～800 nm,体积140 mm*30 mm*40 mm,谱面展宽29.1 mm。通过在光学平台上搭建光路,利用已研发完成的电路系统及光谱仪软件,针对汞灯光谱进行了试验,光谱分辨率优于8 nm,测量得到的汞灯光谱与标准汞灯光谱一致,表明了所设计的基于全息元件的光纤光谱仪光学系统是可行的。     

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9mm和10.5mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。