再入式光纤角速率传感器的研究

对新型再入式光纤角速率传感器进行了理论分析与实验研究 ,推导了它的光强透过率、灵敏度以及极限分辨率的解析表达式 ,分析了环形谐振腔中定向耦合器的耦合比与灵敏度以及极限分辨率的关系 ,并依据理论分析 ,研制了采用长度为 2 0 0m环形谐振腔的再入式光纤角速率传感器的实验装置。实验结果表明 ,这一实验装置具有0 2 (° h)的常值漂移以及优于 0 1(° h)的零偏稳定性 (10s积分时间和 10min采样样本长度 )     

透射式跑道能见度激光测量仪的研究

介绍了一种利用激光测量跑道水平及斜视能见度的智能化仪器。该仪器主要由光学系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。简要介绍了该仪器的基本结构、工作原理和主要技术指标，讨论了其中的技术难点及其相应的解决办法。     

谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响

研究了谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响。构建无液膜负载和有液膜负载下压电基片和金属指条结构的三维有限元模型,利用有限元方法提取不同周期结构的耦合模参量,结合P矩阵级联技术,推导出传感器灵敏度随检测器腔体结构改变的变化关系。实验制备了两种三换能器结构的声表面波谐振器,其输入换能器与输出换能器间距离分别为22.25倍波长和1.25倍波长,通过测试甲基膦酸二甲酯气体,验证理论计算结果。结果表明:缩短谐振器的谐振腔长度使器件中心处能量更为集中,有效地提高了声表面波气相色谱仪灵敏度。     

长周期光纤光栅应变和温度传感灵敏度研究

基于模耦合理论,从长周期光纤光栅在外加轴向应变或环境温度变化时可能出现的弹性形变、弹光效应、热光效应、热膨胀效应及波导效应入手,推导了描述其轴向应变和温度灵敏度的一般性公式.利用数值方法研究了光栅周期、耦合模式的阶次、弹光系数及热光系数对灵敏度的影响.结果表明：在相同条件下,增大光栅周期将是提高灵敏度的有效手段之一;低次模较高次模的耦合具有更高的灵敏度;包层与芯区的弹光系数（热光系数）相等时,波长漂移量很小且与谐振波长值有简单的正比关系.     

串联双微环湿度传感器光谱特性研究

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide,PI)湿度传感器,采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数,并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化,从而引起微环输出光谱发生漂移,通过探测光谱漂移量来测湿度值,得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围,并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。理论结果表明：串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围（FSR）要比单微环有所提高,而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良,可作为最佳的湿敏元件。与传统的单微环传感器相比,串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度,半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm,传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH,灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、结构简单、高灵敏度、可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。     

微环谐振腔加速度传感器光谱特性研究

为满足加速度传感器微型化、低成本的需求,提出了一种带有单微环谐振腔的悬臂梁式光学加速度传感器结构,采用耦合模和传输矩阵理论求取了微环谐振器的传递函数,利用检测同一波长处光强度变化的新测量方法实现了对加速度的探测,从而得到了加速度传感器的灵敏度和探测极限,深入研究了不同结构参数对系统灵敏度的影响,数值仿真并分析了输出端口的光谱特性。结果表明：加速度传感器在外界加速度作用时,悬臂梁在应力的作用下会发生弯曲,使得固定在悬臂梁上的微环谐振器发生形变,即微环谐振器的长度和折射率都发生了变化,从而光在微环谐振器中的传输特性发生变化,因此可以通过探测微环输出端光场强度的变化来测定加速度值;悬臂梁的长度、厚度以及微环谐振腔的固定位置都是影响加速度传感器性能的直接因素,并且选择最佳的结构参数可以有效地提高系统灵敏度和精度。经过数值仿真,对于信噪比为30 dB系统,波长在1.515 μm处,悬臂梁的长度、厚度分别为180和3 μm时,系统的灵敏度可达到2.112 g-1,探测极限为1.421×10-3 g,因此在悬臂梁可承受的范围内,选取长度较长的悬臂梁结构能够有效地改善系统的灵敏度和探测极限。该结构为制备高灵敏度、低成本、易于加工的加速度传感器及可嵌入式微型光学器件提供理论基础。     

一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器

提出了一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器。该传感器纵向上采用表面等离子多层波导结构,横向上采用U型微环结构,以聚酰亚胺(polyimide,PI)为感湿材料。根据传输矩阵法推导表面等离子微环传感器结构的传递函数,外界环境的相对湿度变化引起聚酰亚胺的折射率变化,从而多层波导结构的有效折射率发生改变,导致传感器的输出光谱发生漂移。重点分析讨论了多层波导结构的传输特性以及感湿部位折射率的变化对输出光谱的影响。根据计算和仿真得出：当U型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时,传感器的输出光谱水平漂移量较大,自由光谱范围(FSR)加倍,达到128 nm,当外界环境相对湿度从10%RH变化到100%RH时,漂移量Δλ_m在0.005～0.038 μm之间变化,相比于其他湿度传感器,灵敏度提高了10～50倍,高达0.0005 μm/%RH,并且传输稳定。结果表明：设计的表面等离子微环传感器,灵敏度较好,性能稳定,可以应用于湿度测量,并且实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频,为微型光学器件的制备提供了理论基础。     

在轨光学遥感仪器探测灵敏度的建模分析与应用

在分析光学遥感仪器探测信息中主要噪音源的基础上,提出了一种改进空间结构函数分析的仪器探测灵敏度在轨评价方法,包括：基于多项式递推分解的整体噪音估计模型,以及减小系统误差及修正模数转换噪音影响等基本技术途径.仿真结果证实,该改进算法的噪音估计准确度优于传统的高斯估计和基于外推的结构函数分析方法.针对实际观测数据,在去除模数转换噪音影响后,仪器噪音等效温度差指标的在轨评价准确度可达±0.05 K.该评价方法已在FY-2D静止气象卫星在轨测试中得到成功应用.     

微槽式光学谐振腔超声传感效应验证*

摘 要：光学微腔的高灵敏度主要源于其结构在时间和空间上对光场的局域增强作用和频率选择作用。其结构在垂直于波导方向上形成了高反射的边界,形成了一种回声腔,使得光在波导内来回反射,从而增强了波导内部的光场强度。当外界存在微小的压力波动时,它将引起波导内部的介电常数和压力场的变化,从而改变了谐振腔内的模式场分布和传输特性,据此可以实现对微小的压力波动进行高灵敏度检测。本文设计了一种高品质因子（Q）的光波导微槽式环形谐振腔超声传感器,完成器件制备并搭建了测试系统,依据倏逝波效应实现了超声探测。测试结果表明,该传感器的品质因子为1.38×107,在800 kHz ~1 MHz范围内响应平坦,在900 kHz的信噪比可以达到27 dB,灵敏度达到 -168 dB。本文设计的传感器可以为水声探测等领域的研究提供关键技术支持。     

CO2激光外差探测系统灵敏度的研究

本文通过讨论探测器的信噪比和噪声等效功率的影响因素,研究了CO_2激光外差探测系统的灵敏度.     

跑道形玻璃波导谐振腔滤波器的研制

采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177 nm,对比对为Cr＝7.5 dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波导几乎相连、条波导边缘不规则和一次离子交换波导表面缺陷是造成该波导滤波器具有较大损耗的主要原因.通过改进工艺技术降低波导损耗,该滤波器可以用于光通信、传感等领域,也可与其它波导结构相结合实现新的功能.     

北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐研究

提出微波系统宏脉冲内相位任意变化的方法,改善自由电子激光功率输出.以自由电子激光功率输出为指示,用计算机控制任意函数发生器改变宏脉冲内微波相位,短的建立时间和大的饱和功率会同时获得.北京红外自由电子激光器进行的实验证明这种方法可以有效地提高自由电子激光的功率输出.     

Internal Optical Parametric Oscillator with SBS Phase Conjugate Resonator

Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｒｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）ｃａｎｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔ,ｉｔｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［１～５］．ＩｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＯＰＯｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｕｍｐｉｎｇｌａｓｅｒｂｅａｍ．ＴｈｅｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＢＳ）ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏ…     

Internal Optical Parametric Oscillator with SBS Phase Conjugate Resonator

It is reported a novel optical parametric oscillator with KTP as medium crystal inside a Nd∶YAG phase conjugate resonator. In the phase conjugate resonator, the laser beam quality is promoted by phase-conjugate mirror, which is realized by stimulated Brillouin scattering effect, and Q-switch is generated simultaneously. With this device, the laser output at 1.57 μm with 15 mJ energy and 8 ns pulse width is obtained.     

激光输入光纤环形腔内相位调制输出功率谱分析

从理论上详细分析了光纤环形腔有内相位调制时的输出光电流功率谱密度函数，该理论对任意相干长度的输入激光光源都是有效的。理论结果和实验数据表明，过快的相位调制能够平坦光电流功率谱上由于环形腔谐振特性而形成的周期性小峰，而弱相位调制对环形腔输出功率谱则影响不大。     

Study of Nonpolaritons in a Kerr Nonlinear Optical Resonator

We find that in a Kerr nonlinear optical resonator, the photon system possesses a new kind of quasiparticle, the nonpolariton. The existence of nonpolaritons should be testified by observing the energy density dependence of the velocity and squeezing of nonpolaritons. As we have investigated, the transition energy density of a Kerr nonlinear optical resonator is larger than that of a normal state.     

基于眼型谐振腔的Fano谐振曲线尖锐度的分析

为了获得较大的尖锐度,提升微环传感器的灵敏度,提出利用眼型谐振腔结构在下路端输出的非对称Fano谐振光谱,眼型谐振腔由一个外环和内环构成,外环与总线波导耦合,内环与外环耦合.利用传输矩阵法对下路端输出光谱进行了数值计算,在不同剩余电场比例系数下,发现非对称Fano谐振峰的尖锐度随电场剩余比例系数的增大而增大;改变外环与总线波导间的场强耦合系数和内环与外环之间的场强耦合系数,其尖锐度的最大值随外环和内环场强耦合系数变化缓慢增大,尖锐度最大值处谐振点传输系数值在不同电场剩余比例系数和内外环场强耦合系数下稳定在-6dB附近.因此利用眼型谐振腔结构下路端的Fano谐振峰,可获得对耦合系数不敏感的尖锐度和谐振点传输系数,降低器件对耦合区加工准确度的要求.     

Si基双环级联光学谐振腔应变检测研究

绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、结构尺寸小和极低模式体积等特性,被广泛应用到光信息传递、惯性导航领域,但极少被应用到力学信号的测试,为此,研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计,利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量,在外界应力作用下,环形波导的半径将发生改变,使结构的光学谐振参数产生变化,从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移,体现出良好的应力/应变敏感特性;通过设计双环级联光学微腔,并采用MEMS光刻、ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构,结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性,经仿真及实验得到,应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1,18.04 pm·microstrain-1,与单环微腔结构相比,线性量程增加了近50.3%,应力灵敏度提高了近10.6%,初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性,有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、集成化。