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.     

设计电容驻极体换能器的新原理

在一般驻极体电容传声器中,它的运动部分(驻极体或电极)与后极板间有一层空气隙。因而,若工作在太大的静压力下,或被检测的信号振幅太大时,就会引起传声器灵敏度改变、输出信号产生非线性失真、甚至损坏传声器。为此,Sessler及West提出了多点支撑膜片的技术,这种技术使传声器能在相当高的声压下工作。对于静压力问题,有人在传声器上开小孔以均衡腔内外压力,但是当传声器工作在电离的及有腐蚀性的气体中,以及在液体中,这种结构不再适用。     

音频相控阵实验平台的设计与实现

本实验设计了音频相控阵实验台和编制了相关程序,测量单个驻极体麦克风的方向图,并制作了一维线阵的麦克风阵列,用VC++编程实现了对音频信号的采集和处理;提出了对制作二维面阵麦克风阵列的构想。     

利用多媒体计算机演示拍现象

将传统的"拍"现象演示装置与现代的计算机多媒体教学技术结合,用麦克风采集拍音信号,并通过音箱放大,同时将采集到的信号输入到计算机中,利用频谱分析软件进行实时分析,并将拍信号投影在大屏幕上,使学生全面、直观地认识、掌握拍的概念.     

楞次定律演示实验设计

针对传统的楞次定律演示装置的不足，改进了实验装置．引进后的装置利用声、光、电现象较直观地演示了楞次定律．     

电容式RF MEMS开关膜片上边缘电场的表征

为了获得高保真的电容式RF MEMS开关自驱动失效阈值功率模型,必须弄清开关膜片上电场分布的边缘场效应。由于受到边缘场效应的影响,在计算开关自驱动失效阈值功率时,不能使用开关与中心导体的正对面积(A)取代受到射频信号频率的开关膜片面积(ARF)。否则,会出现射频信号功率等效电压(Veq)的计算偏差。因此,使用Veq的计算值与开关膜片上的均方根电压值(VRMS)来表征ARF。从而构建一个优值(ARF/A)来表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度。采用HFSS软件构建开关自驱动失效3D电磁模型,针对同一种开关构型,通过仿真得到不同射频信号功率下和不同开关气隙高度下膜片上边缘电场的分布。并与优值计算结果进行比较,初步验证了使用该优值表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度的合理性。     

电容式RF MEMS开关膜片上边缘电场的表征（英文）

为了获得高保真的电容式RF MEMS开关自驱动失效阈值功率模型,必须弄清开关膜片上电场分布的边缘场效应。由于受到边缘场效应的影响,在计算开关自驱动失效阈值功率时,不能使用开关与中心导体的正对面积(A)取代受到射频信号频率的开关膜片面积(ARF)。否则,会出现射频信号功率等效电压(Veq)的计算偏差。因此,使用Veq的计算值与开关膜片上的均方根电压值(VRMS)来表征ARF。从而构建一个优值(ARF/A)来表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度。采用HFSS软件构建开关自驱动失效3D电磁模型,针对同一种开关构型,通过仿真得到不同射频信号功率下和不同开关气隙高度下膜片上边缘电场的分布。并与优值计算结果进行比较,初步验证了使用该优值表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度的合理性。     

延时干涉结构辅助的电吸收调制波长变换研究(英文)

基于电吸收调制器,对比分析了无延时干涉仪装置和有延时干涉仪装置条件下波长变换的情形.10Gb/s归零码光信号波长变换的实验证明,延时干涉仪装置可有效消除变换后光信号的脉冲拖尾,并极大地改善信号的消光比指标.分析了电吸收调制器偏置电压、数据信号功率、变换波长等工作参数对波长变换性能的影响,发现无论有无延时干涉仪装置,均需合理设置偏置电压来优化波长变换信号的接收灵敏度;在-3.0V偏置电压条件下,有延时干涉仪装置时,灵敏度增益达2.0dB.     

光压观测仪的研制

描述了由激光器、衰减器、探头和能量－压力测试仪等组成的光压观测仪．它既可以测量光压，又可以测量光能量．灵敏度高，数据稳定，操作方便     

玩具“激光枪”——光学演示的好仪器

在物理教学中,光学演示实验是比较难做的实验．原因是光源问题．一般的白炽灯光源,发光强度弱,方向性差,频率不单一．实验时需配用会聚透镜等,将白光变为实验时所需要的光．这种光源的实验装置较繁琐,需在暗室里进行,才能看到演示现象,给教学带来不便．激光器演示实验装置问世后,给光学演示实验带来根本性的变革．但激光器演示实验装置较笨重,需用２２０伏交流电源,搬到教室里来做,不方便．而且这种装置价格昂贵．多数学校,特别是农村中学无此实验装置．我们用儿童玩具“激光枪”作为光源,引进到光学演示实验教学中,收到令人…     

温度弱敏感光纤高温压力传感器

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀引入的温度寄生响应来分析温度信号对膜片位移的影响.在此基础上结合亚微米级白光干涉响应技术和低热应力封装工艺,研制了高温压力传感器样机.实验测试结果表明,在20—400℃范围内,可满足0—100 kPa压力测量,由温度变化引入测量误差低于4%.     

光压的演示

在实验中发现光压而且第一次测量光压的是列别捷夫．但是，光压在通常实验条件下只有10－‘～10-7N／m2，光压的测量是很困难的．由于激光器的亮度高、方向性好和单色性好等特点，给光压测量带来了高强度的光源．我们曾经在1990年申报了国家教委的科研项目“光压观测仪”，于1994年完成并通过了国家教委组织的鉴定．这套仪器可以方便的测出光压的大小和光压力与输入光能量之间的关系，以及由光压产主的波形．在这套仪器中采用的光源是YAG固体脉冲激光器，波形显示用的是存储示波器，考虑到这些仪器在许多院校尚不普及，我们在前面工作的基…     

测量用驻极体电容传声器

本文介绍了用于精密声学测量的驻极体电容传声器的结构、设计原理及主要性能。该种传声器的主要特点是采用金属振膜后驻极体结构,因而它既具有电容传声器的灵敏度高,频响平直、动态范围大及稳定性好等优异特性,又兼不需要外加极化电压及可在高潮湿环境下工作的特点。因此特别适宜于与微机配套而形成完整声信号提取和处理装置。在当前的声学研究及环境噪声监测等领域具有广泛应用价值。     

同相正交硅基光调制器的自动偏置电压控制技术

描述了基于同相正交硅基光调制器的自动偏置电压控制算法理论及实现方案。首先比较了硅基光调制器与传统铌酸锂调制器的调制特性,结合同相正交硅基光调制器模型推导出了调制器输出光信号与电场信号的函数关系式,根据此关系式提出了一种基于正弦dither信号注入调制器偏置工作点并解析调制器内置低带宽监控光电二极管反馈信号频域参数的控制方案,并通过数值仿真验证方案的可行性;然后搭建自动偏置电压控制算法的测试平台,通过测试平台得出不同偏置电压条件下I(in-phase)路、Q(quadrature-phase)路与Phase(outer-phase)路调制器内置监控光电二极管的反馈信号波形,并将测试结果与仿真数据进行对比,对比结果验证了本研究假定的同相正交硅基光调制器光电传递函数模型的准确性;最后测试了128 Gb/s双偏振正交相移键控调制格式下偏置电压控制算法的精度,并通过矢量幅度误差指标得到算法所引入的光信噪比代价。     

中性原子束的激光调控光学

在通常光学中,人们利用辐射与物质的相互作用来控制光束.反过来也能够通过粒子与光的相互作用来控制带电或中性的粒子束.虽然这两种光学分别涉及的是辐射与物质间不同的相互作用,但它们之间也有着深刻的相似之处.本文将介绍原子束的激光调控光学(即怎样利用激光的辐射压控制中性原子束)所取得的进展. 麦克斯韦早就指出,电磁波在介质中传播时,将有一压强作用于介质,压强方向沿电磁波传播方向而其值等于电磁波的能密度.尽管通常光源的光产生的光压很低,但上世纪末就从实验上证实了光压的存在.Lebedev还证实了光压在气体上所产生的效应,他还预…     

基于谐振的光压测量

在扭秤的基础上,提出结合机械共振、光杠杆和电磁阻尼的光压测量方法.在大气环境中,测量激光对镜片作用的平行分力,忽略垂直镜片的分力,从而将光压与辐射效应错开,无需真空处理.采用调制光驱动扭秤,使其发生共振,并通过测量扭秤的振动幅度,得到光压的大小.实验结果表明:采用该方法测得激光器在45°入射、功率为70 mW时,产生光压为4.2×10~(-5) Pa.对共振曲线进行频谱分析及光压测量值评估,证实实验结果可靠.     

光的干涉衍射综合实验仪

根据传统的光的干涉衍射实验装置存在的不足,研制出了光的干涉衍射综合实验仪．将光学元件放置在同一小型光学平台上,按照实验需要组合成相应仪器．该实验仪既可以用于光学演示实验,也可以作为光学专用的实验仪器。     

基于1/4波片的腔增强自发参量下转换过程中双折射效应的补偿

腔增强的光学自发参量下转换是量子光学中产生量子光场的基本方法之一,然而下转换过程往往受到非线性晶体的双折射效应的影响.特别是在利用II类准相位匹配非线性晶体产生双光子对的过程中,晶体的双折射效应使得信号光和闲置光不能同时起振.本文提出并验证了一种利用1/4波片补偿信号光和闲置光的光程的方法,在保证较小内腔损耗及良好的调节自由度的情况下,以相对简洁的装置实现信号光和闲置光的双共振.     

基于光纤中四波混频效应光逻辑门的信号同步提取与擦除

设计并演示了一种新型的光信号全光提取与擦除方案。将两个时域上同步,强度反相的矩形光脉冲作为控制信号,通过光纤中四波混频效应所形成的逻辑门(与门和非门),可以对一段时隙上的光数据进行同步的提取和擦除。对10Gb/s非归零信号的仿真和实验验证了方案的可行性。方案可在更高速率的系统下工作,并对波长和码型透明。     

光纤麦克风传感探头设计的理论分析

鉴于光纤传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身的低损耗、耐腐蚀和安全可靠等优良特性,将光纤传感器应用到麦克风中可使麦克风的体积显著降低而灵敏度和抗电磁干扰性显著提高。提出一种新型反射式光纤麦克风的设计方法,采用Y形单根多模反射式光纤传感探头结构形式,给出了光纤麦克风的系统框图。由光纤出射光场分布理论出发,给出弹性膜片在声场作用下,中心形变大小h与出射光光强调制函数I(Z″)的关系。根据实际应用中有关参数的取值,用Matlab软件模拟出膜片形变后变形量h与光强调制函数I(Z″)的关系曲线。