光纤SPR传感器参数对折射率测量灵敏度的影响

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响,采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量,并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内,分别使用纤芯直径为300μm的光纤和400μm的光纤,测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差,并计算对应折射率;分析了在传感器适用的折射率范围内,各溶液质量分数与折射率之间的关系,并对理论结果进行了实验验证。结果表明,纤芯直径越小,传感器灵敏度越高,灵敏度可达10-5量级;密度越高,测量中的稳定性越高,最大相位差标准差为0.145°;分子量越大,精度越高,蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10^(-4)。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。

基于等效元件和相位补偿法的双倍分辨率波片测量

提出了一种基于等效元件和相位补偿法的高精度任意波片相位延迟量和方位角同时测量的方法。在测量光路中的待测波片之前插入一个可旋转半波片,利用反射镜使测量光两次过该半波片和待测波片,相当于测量一个相位延迟量为待测波片两倍的等效波片,可以实现双倍分辨率检测。采用双频激光源和相位检测方式,旋转半波片补偿测量光相位,将测量光相对参考光的相位差变化先后调整为最大值和最小值,由二者之差即可得到任意待测波片的相位延迟量,同时根据最大值或最小值对应的半波片方位角即可确定待测波片的方位角。本方法所测量的波片相位延迟量从原理上避免了一般光强法所受到的光强波动的影响,以及许多方法所受到的双折射器件方位角定位精度的影响。系统采用双频外差干涉光路,具有共光路性质,稳定性高。测量系统结构简单、元件少,测量快捷。此外,由于测量光束两次通过待测波片的同一位置,因此所提方法还可以用于测量楔形结构的双折射器件。现有条件下的误差分析表明,相位延迟量的测量不确定度约为3.3',快轴方位角的测量不确定度优于5.4''。实验对比结果表明所提方法与其他方法测量结果的一致性很好。

基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量

波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响,故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法,采用双频激光外差干涉光路,利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片,可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响,从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构,测量稳定性高,信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外,所设计的测量系统中元件很少,结构简单,测量过程快捷。误差分析表明,在现有实验条件下,测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9′,快轴方位角的测量不确定度约为5′′。实验比对结果表明,所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明,测量结果的标准偏差约为2′。