基于偏振模式转换的声光陀螺研究

提出一种基于偏振模式转换的声光陀螺,分析其原理与结构并对该陀螺进行实验测试。静态测试结果表明,当声光作用长度为15mm,声表面波输入功率为100mW,频率为168.201MHz时,偏振模式转化效率为80.02%。在偏置条件下进行旋转测试,得到输出电压随陀螺转速呈线性变化的曲线,其灵敏度约为1mV/[(°)/s]。偏振型声光陀螺保留声表面波陀螺体积小、成本低等优点,而在灵敏度上有大幅提高。     

基于表面等离子体激发的光学操控技术

基于表面等离子体激发的光学操控技术由于其所需激光能量低、装置简单,近来引起了广泛关注。采用Kretschmann棱镜耦合法对金膜表面等离子体场进行激发,实现了对直径为10.8μm的聚苯乙烯粒子的有效操控。通过引入一微孔阵列对入射激光光斑图样进行调制,实现了聚苯乙烯微粒在金膜表面的阵列式分布。实验中使用的光源为输出功率20mW的氦氖激光器,所需要的能量密度仅为传统激光光镊能量密度的几十分之一。由于该装置成本低、操控灵活且较低的激光能量密度可以防止对活体细胞的破坏,因此,可在医疗领域中的活体细胞及DNA操控等方面得到应用。     

一种温控的可调表面等离子体光学器件

设计加工了一个三层结构的表面等离子体光学吸收器件,表层结构为规则排列的金质椭圆形微粒。入射电磁波与椭圆形金粒作用激发表面等离子体共振时,由于沿长短轴方向谐振频率不同,使得该器件实现了在近红外谱段两个频率处对入射光近100%的吸收。实验样品用电子束曝光技术加工,实验测量与仿真设计结果一致。此外,由于改变器件表面介质的折射率可以有效调谐器件的谐振特性,通过在器件表面覆盖一向列型液晶层并由温度控制液晶层的折射率,实现了一种温控的可调表面等离子光学吸收器件,调节过程简单可靠并且可重复实现,调节范围达22nm。该器件由于其高吸收效率和可调谐特性,可在太阳能电池以及未来光子集成电路等方面得到重要应用。     

压电晶体切向对声表面波陀螺刻度因子的影响

刻度因子是陀螺的重要指标,而压电晶体切向对声表面波(SAW)陀螺刻度因子有重要影响。首先以铌酸锂作为分析声波波传特性的基板材料,建立不同的波传角度和不同的切面与各种模态SAW波速的物理数学模型,接着探讨旋转扰动时二次旋转欧拉角与X切、Y切及Z切等铌酸锂晶体中的陀螺效应,分析不同切向刻度因子的变化规律。根据计算结果,铌酸锂晶体中X切Y传(XY)、128°Y切X传(128°YX)、30°ZX、ZX和150°ZX对应的声表面波陀螺刻度因子最大,同时也得出了适合应用于声表面波陀螺的相对敏感切向为声表面波波速接近于慢横波时对应的切向。     

萨格纳克型的光纤振动传感器

研制了一种探针型的萨格纳克型光纤振动传感器,利用贝塞尔函数递推公式推导了振幅的测量算法。传感器使用980nm激光通过掺饵光纤泵浦出的1550nm的宽光谱光源,利用振动源在光纤环中产生的非互易相位调制,在输出端获得干涉信号。利用传感器对频率为8.1kHz到11.3kHz的振源进行了测量,实验数据与仿真分析一致,频率测量误差不超过0.6%,振幅测量数据的离散程度较小。     

声表面波陀螺光读出的优化设计

分析旋转介质中的声表面波(SAW)陀螺效应,推导了角速度与声波波速的关系,并讨论声光耦合波方程。将角速度与波速变化的关系式代入声光衍射效率公式,得出声光耦合情况下角速度与衍射效率公式的关系式,依据此关系对声光陀螺结构进行优化设计。优化设计表明,对于耦合效率大的铌酸锂晶体在光波损耗不大时其X切Y传,Z切Y传具有最大的刻度因子,在此结构下其精度为2.06°/h,比单一的SAW陀螺提高2个数量等级。     

基于光盘光栅的表面等离子体共振传感器

采用CD光盘光栅作为表面等离子体共振(SPR)传感器的耦合元件,通过检测共振角的变化对液体浓度进行传感测量。结果表明CD光栅耦合型SPR传感器对葡萄糖溶液的灵敏度可达3%(质量分数),理论分辨率为1%(质量分数)。通过模拟不同光栅周期、光栅槽形和待测介质折射率对共振曲线的影响,发现缩短光栅周期、使用正弦槽形的光栅作为耦合基底,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。