大光程差弹光调制干涉仪的温度补偿策略及实现

针对大光程差弹光调制干涉仪工作中的温漂问题,提出了一种包含电压和相位补偿的温度补偿控制策略。首先,根据相似与模化理论,建立了弹光调制干涉仪机械特性的等效电路模型,分析了温度对弹光调制干涉仪谐振频率的影响,建立了驱动电压、频率和谐振频率之间的数理模型,确定了大光程差条件下达到稳定状态的控制方法;然后,将数字锁相环技术与电压和相位补偿程序相结合,给出了包含电压和相位补偿的光程差偏移数字式控制设计方法;最后,将包含电压和相位补偿的数字式驱动控制系统与传统的模拟驱动控制系统进行对比测试,采用激光多普勒测振仪记录3小时内光程差偏移量。结果表明,该方法将长时间工作中温漂造成的光程差偏移率降低了约50%。     

YAP晶体光纤弹光效应的研究

利用受扰光纤理论理论和光纤弹光效应理论对ＹＡＰ晶体光纤弹光效应进行了理论分析和实验研究。结果表明，这种晶纤可以弹光调制、压力和加速度传感等方面得到应力，并为该类传感器的设计提供理论根据。     

高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算

提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内,从任意方向以任意角度入射时,改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式,较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指 关键词： 高层大气风场探测 改型大光程差Sagnac干涉仪 横向剪切量     

大光程差PEM-FTS的快速光谱重建

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、非线性变化,每秒可产生上万张干涉图。为了实现高速等时间采样干涉信号的快速光谱反演,对大光程差弹光调制干涉信号的特性、加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)进行研究。加速非均匀快速傅里叶变换算法是基于卷积核函数插值的快速傅里叶变换算法,此算法的核函数类型、参数τ、延伸影响因子q、过采样率μ等参数的选择对算法准确度以及复杂度有影响。在分析这些参数对算法影响的基础上,在μ=2,q=10,τ=1×10-6时,将加速的NUFFT算法应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中,重建了632.8 nm的激光和氙灯光谱,复原的632.8 nm激光光谱的频率偏差小于0.013 52,插值时间小于0.267 s。实验表明加速的NUFFT算法有较快的运行速度和小的频率偏差,能快速准确地重建大光程差PEM-FTS的光谱。     

螺旋测微装置空程差的分析

在教学和科研中,螺旋测微装置是一种比较常见的实验仪器。在螺旋测微装置中,长度的精确测量是通过鼓轮的转动引起自身相对螺杆的微小移动,但螺杆的外螺纹和鼓轮的内螺纹之间有空隙。若不正确使用,这个空隙会给实验结果带来较大的误差,即空程差。本论文研究常见的螺旋测微装置,分析怎样避免或消除空程差,提高实验测量精度。     

用光纤白光干涉技术测量晶体的弹光系数

运用折射率椭球分析晶体的弹光效应,给出了三方晶系沿光轴方向的应力与折射率的变化关系.针对晶体的各向异性和折射率随应力变化很小的因素,利用白光干涉技术空间分辨率高的特点,将白光干涉技术拓展到研究各向异性材料的光学性质. 并对测量群折射率的光纤迈克尔逊白光干涉技术进行了改进.采用光栅位移传感器和全保偏光纤提高反射扫描镜的位移准确度.通过测量石英晶体在不同外力下折射率的变化情况,确定了晶体的弹光系数. 石英晶体的弹光系数P33和P13分别为0.110和0.279,其准确度达到0.001.     

晶体弹光效应中的折射率椭球运算和实验

介绍在晶体弹光效应中，运用折射率椭球的运算，清楚表明同一块晶体在不同外力作用下，可以具有不同波长片的功能．     

基于光弹调制的运动斯塔克效应诊断

电流密度分布是等离子体物理研究的关键分布参数,在托卡马克先进运行模式发展,电流驱动,约束与输运等方面发挥着重要的作用。中性束与等离子体相互作用产生的分裂光谱,包括σ分量与π分量,水平观测时,σ分量的偏振方向垂直于等效电场的方向,π分量的偏振方向平行于等效电场的方向,通过测量分裂光谱的偏振方向可以反演出等离子体电流密度分布。基于光弹调制器的偏振检测系统具有检测精度高、时间响应迅速的独特优点,非常适用于等离子体电流快速变化下的电流密度分布测量。光弹调制器的双折射晶体在周期性外部驱动源的作用下发生弹性形变,其折射率会产生周期性的变化,当偏振光通过时,出射光的偏振特性将相应产生周期性变化,再经过偏振片,形成调制的光强变化。运动斯塔克效应(MSE)诊断的偏振检测系统由两个光弹调制器(PEM)和一个偏振片组成,通过检测不同调制频率的调制强度的比值,从而快速、精确地获得分裂光谱的偏振方向的实时变化,进而得到等离子体电流密度分布。详细介绍了东方超环托卡马克(EAST)装置上的MSE诊断,初步完成了离线测试与标定,参与中性束电流本文驱动物理实验,初步获得了等离子体电流密度分布的信息。     

基于双弹光级联差频调制的波片参数测量研究

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试,提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联,构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中,采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项,然后完成波片全部参数求解。按照原理分析,搭建了实验系统,并完成了系统初始偏移值定标,完成了632.8 nm的1/4波片,532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明,本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°,角度测量标准偏差为0.02°;波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10^-4 rad,单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散,根据检测激光波长下测量的相位延迟量,进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm,延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量,可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。     

晶体光学零件的光胶工艺研究

以一直径为Φ20mm、平行度为10″的晶体锗窗口零件为例,介绍了晶体窗口零件加工中的关键技术。由于该零件直径小,平行差精度要求特别高,且为单晶锗材料,因此要高质高效地加工出符合技术指标的零件有相当的难度。在研究中摒弃了人们常说的晶体零件无法进行光胶的思想,大胆尝试“光胶”的方法,并结合工艺研究中经常出现的问题,有针对性地提出一套加工高精度晶体零件的控制措施。通过该措施的实施,能够很好地加工出高质高效的晶体窗口零件。实践证明：该方法适于批量加工;合格率高;能够满足设计的高精度需求。     

基于双弹光差频调制的中红外波片相位延迟高精度测量

提出了一种基于双弹光差频调制的中红外相位延迟精确测量方法。通过两个硒化锌型弹光调制器(PEM)的差频降低系统调制频率,产生载有被测相位延迟的低频调制信号,调制后的1倍差频幅值和2倍差频幅值相除可求得被测波片的相位延迟。该方法可有效抑制光强波动及PEM相位延迟波动对测量的影响,提高测量精度。对测量原理进行了理论推导,设计了硒化锌型PEM和实验系统。实验结果表明,相位延迟测量误差不大于0.004%,灵敏度可达5×10~(-4) rad。     

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法, 并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter, PEM-ISP). 介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理, 并从PEM-ISP的探测原理出发, 通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵, 推导出了相应的偏振测量公式; 通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性; 最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响, 对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析. 结果表明, 1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差 <0.6%. 本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据. 关键词： 偏振调制 三弹光调制器 差频 成像光谱偏振仪     

基于铌酸锂压电弹光双效应的单晶体弹光调制器

为了克服Kemp型弹光调制器调制效率低、加工工艺困难及体积大等缺点,提出了采用铌酸锂(LiNbO3)晶体压电弹光双效应的单晶体弹光调制器的设计思想;根据压电振动理论和晶体光学原理,分析了晶体各物理量随空间变换的特性,推导了调制电压相位差振幅之间的关系,并对晶体切型和通光方向进行了优化,所设计的晶体尺寸为41 mm×7.7 mm×17.1 mm（x×y×z）,切割角为0°（x切）,通光方向z轴（光轴）,通过在x-z面施加与晶体谐振基频一致的周期性电压,产生沿x方向,频率为73.71 kHz的伸缩振动, 最后通过实验对所设计单晶体弹光调制器进行了验证;实验结果表明,对633 nm激光进行半波调制时,该弹光调制器所需调制电压为1.6 V;与基于钽酸锂(LiTaO3)且未进行切型优化的单晶体弹光调制器相比,调制电压下降了约4倍。     

新型光弹调制干涉具研究

针对单个光弹调制器((Photoelastic Modulator,PEM))干涉具受到材料本身热、力学的限制,产生的最大光程差小,而多个PEM串联又难以控制,且多个PEM界面的多次反射将使光能大量损失等缺点,提出一种在单PEM上贴全反射膜经过多次反射有效提高最大光程的方法。理论推导分析了不同反射情况对光程差的影响,并得到任意角任意位置入射经多次反射后产生最大光程差的公式与光谱反演公式,且通过COMSOL、MATLAB、ZEMAX仿真和实验验证其可行性。实验选用的弹光晶体为硒化锌(ZeSe),压电晶体为石英,结果显示实验与理论的相对误差为0.21%,为该方法的工程应用提供了参考。     

Ce:KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce:KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况.结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小.同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释.     

Ce∶KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce∶KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce∶KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况。结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小。同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释。     

基于弹光调制的红外光谱吸收法在室内VOC检测中的研究

为了保证静态干涉系统在气体定性定最分析方面稳定性高、抗干扰能力强的特点,设计了基于弹光调制实现光程静态扫描的干涉检测系统.系统由红外激光器、起偏器、弹光调制器、检偏器及CCD组成.通过弹光调制器使弹光晶体的主折射率随调制信号周期性的变化,从而产生周期性变化的光程差.通过对调制相位变化的计算,可知得到调制度随晶体长度、调...     

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

研究了用于光缓存的光子晶体耦合腔光波导的结构对慢光传输特性的影响.详细讨论了微腔间距关于波导禁带、导模带宽、导模传输群速度的具体关系.计算发现,随着微腔之间距离的增加导模显著平坦化,群速度急剧减小.当相邻微腔之间距离为7个晶格常数时,获得了小于2×10~(-4)c的超小群速度.通过长度为13.23 μm的7×7超胞构成的光子晶体耦合腔光波导,产生的最大光延迟超过了400 ps,这比相同长度传统光波导产生光延迟大四个数量级.     

弹光调制干涉图最大光程差的稳定性及检测技术研究

为了提高弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTs)中复原光谱的准确度和稳定性,有必要对弹光调制干涉图的最大光程差的稳定性和检测技术进行研究。弹光调制干涉图的最大光程差是一个不确定量,与弹光调制器的谐振状态、频率温漂特性以及驱动电压等因素有关。因此,本课题在研究弹光调制干涉仪工作机理基础上,建立弹光调制器的频率温漂模型和光程差变化关系;提出以驱动信号为基准,对激光干涉信号过零计数的方式实现干涉图的最大光差检测,且将双通道的高速比较器与FPGA相结合,实现正弦波到方波转换、快速的过零计数和误差补偿。经试验验证,采用670.8 nm的激光为参考光源,通过过零计数的方式,能实现最大光程差77.471 μm的检测,其测量误差小于0.167 nm,复原的红外黑体光谱的最大峰值波长偏差小于2 nm。     

用于光生毫米波的双频微片激光器热致频差特性研究

研究了激光二极管端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对其输出频谱的影响. 通过对端面抽运Nd:YVO₄微片的热传导方程求解得出晶体内部的温度场分布; 并进一步对微片晶体热致折射率变化进行分析, 由此计算出双频微片激光器的热致频谱变化. 实验结果表明: 当抽运功率较小时得到稳定的双纵模双频激光输出; 当抽运功率增大时, 晶体热效应使双频激光频谱双峰之间的频差减小, 各纵模波长频谱宽度加宽, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 光载无线通信 双频微片激光器 热效应 频率差