Simultaneous Measurement of Refractive Index and Thickness by Low Coherence Interferometry Considering Chromatic Dispersion of Index

Low coherence interferometry can provide simultaneous measurement of refractive index n and thickness t of a transparent plate, as reported recently by some research groups. Precise measurement of n and t is impossible unless chromatic dispersion of index is taken into account. We then proposed and demonstrated a unique technique for simultaneous measurement of phase index n_p, group index n_g and thickness t using a special sample holder. This paper describes a novel technique for simultaneous measurement of n_p, n_g and t using an approximate expression of the chromatic dispersion in terms of n_p. The approximate expression of chromatic dispersion does not require use of the special sample holder, and n_p, n_g and t are determined from two measurable quantities with an accuracy of 0.3% or less, for the sample thickness was around 1 mm. In addition, it is possible to shorten the measurement time compared with the above method.     

Wavelength Sweep Interferometry for Measuring the Refractive Index and Physical Thickness

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎｕｓｕａｌｏｐｔｉｃａｌｒａｎｇｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ,ｓｕｃｈａｓｌｏｗ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ (ＬＣＩ) [1] ,ｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ[2 ] ,ａｎｄｓｏｏｎ ,ｔｈｅｍｅａｓｕｒａｂｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｒｄｉｓｔａｎｃｅｉｓｊｕｓｔｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌ,ｗｈｉｃｈｏｎｌｙｇｉｖｅｓｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｌｅｎｇｔｈ ,ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｏｆｔｈｅｒｅｆｒａｃｔ…     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

迈克尔逊干涉仪测透明介质厚度及折射率

提出了使用用迈克尔逊干涉仪,改变光源入射方式及观测方式以获得稳定、清晰等厚干涉现象的方法.探究了在光路中插入的被测透明介质如何对等厚干涉条纹产生影响,并导出了被测介质厚度、折射率及旋转角度与等厚干涉条纹移动量之间的关系.实现对透明介质厚度、折射率进行简练、快速的同时测量.     

通过改变玻璃厚度研究白光相干性

基于迈克尔逊干涉仪,通过只在单一光路中插入或在两光路中均插入不同厚度的石英玻璃研究了白光干涉的相干性。测量玻璃的折射率以检验所购材料是否合格。     

一种动-静态光散射颗粒折射率测量法

提出一种动静态光散射颗粒折射率测量方法.该方法分为三部分,一部分是用动态光散射技术测得颗粒样品的线宽分布函数,然后将此线宽分布连同一组折射率值代入静态光散射公式推算出不同折射率值下的散射光强空间分布;第二部分是用光电探测器测出实际的散射光空间分布;第三部分是将不同折射率下的推算值与实测值做均方偏差运算以做比较,取均方偏差最小时所对应的代入折射率值作为颗粒折射率的最终测量值.此方法对样品的分散度无要求,适用于微米到亚微米级的颗粒物.     

双凹厚透镜曲率半径和折射率的测定

观察双凹厚透镜的球面反射成像,利用这一实验现象结合物像公式测定双凹厚透镜前后表面的曲率半径和折射率。利用两次球面反射成像可求出双凹厚透镜的曲率半径,两种方法可比较。对于薄透镜,这种方法可以修正在实际测量中忽略透镜厚度所产生的误差。     

用衍射光栅和CCD测量透明材料折射率

介绍了一种基于衍射光栅干涉和CCD图像测量的测量透明材料折射率的方法。这种方法使用的仪器少,操作简单,配合CCD与图像处理的运用,尝试的两种测量方案都使精度能够达到10^-4。两种测量方案对同一玻璃基片的测量结果基本吻合,而第二种测量方案的测量精度要优于第一种,这是因为就我们目前的实验条件而言,CCD判别条纹移动的精度对折射率测量的影响要小于角度测量精度对之的影响。该方法还可以测量各向同性透明薄膜样品的折射率,为探索新型有机薄膜的折射率及其有关特性提供便利的手段。讨论了测量的基本原理和样品的测量结果,并对实验方法误差进行了分析。     

注汽油井蒸气汽液比的折射率法测量研究

给油田的油井中注入高温高压蒸气时,从井口到井底连续地查明汽液比对节省能源和提高产出率意义重大。由于干蒸气和水的折射率不同,汽液的比例可以从汽液两相流的折射率响应特性反映出来。研制的测量装置采用蓝宝石作为折射率敏感的探测头,直接对汽液两相流的比例变化产生响应,能够应用于高温高压及狭窄工作空间的输汽环境中。装置在锅炉输汽管道中的实测响应曲线反映了输汽过程中汽液比的真实变化。该装置还在井深800m,井口蒸气温度270℃、压力10Mpa的油田注汽井中进行测量,测得的结果对注汽法采油的井况分析具有一定的作用。     

Simultaneous Measurement of Refractive Index and Temperature Using a Hybrid Fiber Bragg Grating/Long-Period Fiber Grating Configuration

Abstract

A fiber optic sensing system for simultaneous measurement of refractive index and temperature, based on a hybrid fiber Bragg grating/long-period grating arrangement is described. The experimental results show that this setup has a good performance in terms of linearity and sensitivity, the ratiometric output changes 4%/0.001 RIU and 3.6%/°C, respectively. The sensor resolution for the refractive index is ≈2 × 10^?5 RIU. The simultaneous measurement of the refractive index and temperature was demonstrated. The sensing configuration has the ability to be read-out in reflection and works in the telecommunications window.     

二次彩虹法测量高折射率玻璃微珠折射率研究

基于米氏散射理论解释了激光照明下玻璃微珠的二次彩虹精细结构的成因,发现折射率的差异将直接影响二次彩虹精细结构的位置.对于实验中玻璃微珠半径变化引起二次彩虹精细结构间距变化的现象亦用米氏散射理论进行了模拟分析和实验研究.利用米氏散射的近似理论——艾里理论对玻璃微珠的折射率进行了测量.在对玻璃微珠二次彩虹精细结构所计算得到的折射率的统计分析基础上,通过校正测量误差后得到了玻璃微珠折射率的准确数据.     

用基于方位分辨的漫后向散射光确定粒子尺寸分布及相对折射率

基于偏振门技术,提出了利用漫后向散射光随线偏振光入射方位的变化来测量双层模型表层的粒子尺寸分布及相对折射率。双层物理模型用来模拟上皮组织,上层分别由聚苯乙烯小球或HeLa细胞悬浮液组成,下层由脂肪乳溶液组成,每层的光学特性与上皮组织光学特性匹配。根据米氏(Mie)散射理论,建立了与散射体形态参量相关的偏振后向漫散射强度随入射偏振方位变化的理论模型,并采用浮点遗传算法反演程序获得表层粒子的尺寸分布(PSD)及相对折射率。将理论值和实验测量值进行比较。研究结果表明通过测量随方位变化的后向漫散射光的偏振差分信号,能够获得类上皮组织模型表层的形态结构信息。     

用短相干光源测量平行平板玻璃的光学均匀性

为了解决传统干涉绝对测量法不能测量前后表面平行度很好的光学玻璃和晶体均匀性问题,提出了在以短相干光为光源的泰曼-格林干涉仪上,通过调整参考光路的光程,使被测样品的前后表面分别处在零光程差位置,这样从样品两面反射回来的光就不会同时满足和参考光相干涉的条件,从而解决了前后面的反射光干涉混叠问题.用虚光栅移相莫尔条纹法处理采集到的干涉图,得到位相数据,代入绝对测量法的计算公式,得出待测样品的折射率分布.对厚度为13 mm、口径为75 mm的光学平板玻璃进行测量.结果表明,光学均匀性检测准确度可达到2.6×10－6,被测样品折射率偏差的峰谷值为Δnpv=6.06×10－6,均方根值为Δnrms=8.96×10－7.     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

Enhancement of the Quantum Coherence in a Hierarchical Environment System by Weak Measurement and Weak Measurement Reversal

The quantum coherence of a two-qubit system in which each qubit is coupled to its own hierarchical environment is studied. The effect of the hierarchical environment is explored in order to improve the coherence effectively. It is discovered that the dynamics of coherence can be manipulated by the number N of the second-layer cavities ($m_n$), the coupling strengths Ω₀, Ω, κ, respectively for the qubit-cavity (m₀), nearest-neighbor, and m₀-$m_n$ cavities. It depends also on the decay rate Γ of second-layer cavities. Furthermore, an effective scheme for enhancing coherence is proposed by using weak measurement and weak measurement reversal. The explicit conditions of the optimal measurement strengths to improve the coherence comparatively are derived. It is seen that the final stable value of the coherence is independent of the number N of second-layer cavities but is related to the weak measurement strength m when the coupling strength between two nearest-neighbor cavities is taken into account.     

傅里叶变换红外光谱对水溶性气溶胶复折射率的测量分析方法研究

当前大气气溶胶的成分比较复杂,其水溶性离子成分影响着大气质量,并且对人类健康不利。因此,对水溶性离子成分进行快速可靠的检测是环境科学领域中的一项重要研究工作。以SO24-为例,研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,对水溶性气溶胶离子的消光系数进行测量,并通过理论分析计算得到其复折射率N的过程。通过测量大气气溶胶水溶性SO24-离子的质量消光截面k和消光系数α,再根据消光系数α来计算复折射率N的虚部ni,使用KK(Kramers-Kronig)关系,来计算复折射率N的实部nr,并对实验结果进行了分析和讨论。     

基于光纤微腔的温度及折射率同时测量型传感器

基于多光束干涉原理,设计了一种基于光纤微腔的温度及折射率同时测量的反射型光纤传感器.该传感器将渐变折射率多模光纤的一端用氢氟酸腐蚀形成一个空气腔,带空气腔的渐变折射率多模光纤一端和单模光纤熔接,另一端切平构成传感头.实验选取渐变折射率多模光纤的长度为538.1μm,空气腔长度为40.8μm.结果表明:光纤微腔结构所形成的多光束干涉光谱条纹对比度与光纤微腔外的溶液折射率相关,干涉波峰移动与环境温度相关,通过监测条纹对比度和干涉波峰的移动,可以实现对折射率和温度的同时测量.当折射率在1.341 5~1.432 0RIU变化时,反射强度对折射率的灵敏度为57.24dB/RIU;当温度在30℃~70℃之间变化时,谐振波长对温度的灵敏度为12.3pm/℃,可检测到的最小温度变化为1.2℃,测得最小折射率变化为3.4×10-4.该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景.     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.     

绝对重力仪的技术发展:光学干涉和原子干涉

绝对重力仪是直接开展绝对重力测量的精密计量仪器.绝对重力测量是指对地球表面重力加速度值的直接测量,其在地球科学和计量科学等领域都有十分重要的应用.历史上最早的绝对重力测量约在1590年.1590～1960年,主要利用摆仪的摆长和自由摆周期来开展绝对重力测量.自1960年起,随着激光技术的发明,高精度绝对重力测量有了新的...     

Simultaneous Measurement of Temperature and Refractive Index of Liquid Using Cladding-Etched Double-Core Fiber Bragg Grating

Abstract

This study proposed and demonstrated a fiber Bragg grating sensor for simultaneous detection of the temperature and refractive index of a liquid. The fiber Bragg grating is composed of three index layers: an inner core, an outer core, and a cladding. The cladding was etched for evanescent wave coupling between the outer core mode and an external liquid. The Bragg wavelength of the inner core mode is used for obtaining temperature data, while the refractive index for the liquid was determined by using the difference between the Bragg wavelength of the inner core mode and that of outer core mode.