基于超小GRIN光纤镜头的MEMS光纤声传感器及性能测试方法

研究一种MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器,以及基于扫频OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography,SS-OCT)解调系统的MEMS光纤声传感器性能测试方法。在进行建模分析的基础上,设计并研究MEMS膜片与超小GRIN光纤镜头相结合的MEMS光纤声传感器的制作工艺,搭建基于SS-OCT的声振测量系统,通过开展单频声信号、混频声信号、频率响应、声压灵敏度和系统稳定性测量实验,进行传感器的性能测试与标定。结果显示,所研究的MEMS光纤声传感器样品的频响范围为50 Hz~4.5 kHz,在频率为300 Hz时传感器声压灵敏度21.63 nm/Pa,信噪比(SNR)为44.1 dB,线性度为98.97%,重复性标准偏差为0.003。结果表明所研究的MEMS光纤声传感器可行,而且利用SS-OCT解调系统可对其传感性能进行有效测量。

基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT成像系统研究

研究基于超小GRIN光纤探头的扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统及其性能测试方法。首先,在论述超小GRIN光纤探头及其在OCT信号臂应用方法的基础上,研制超小GRIN光纤探头样品并用于SS-OCT系统的搭建;其次,利用国际分辨率板A3和标准盖玻片进行SS-OCT系统的性能测试,得到所搭建的SS-OCT的横、纵向分辨率分别为33.6μm、14.8μm;最后,利用猪支气管和猪心等不同生物组织作为待测对象进行成像研究,获得相应的层析图。结果表明:所研究的基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统有微米级的高分辨率,可用于生物组织内窥OCT成像检测方法的进一步研究。

基于超小GRIN光纤探头的F-P干涉仪测振实验

搭建基于超小GRIN光纤探头的F-P干涉仪测振的实验系统,采用高精度纳米位移台作为被测振动体目标,在解析基于超小GRIN光纤探头的集成化F-P干涉仪工作性能的基础上,对被测振动体的微小振动进行多次实验测量,采集实验测量数据并分析该集成化F-P干涉仪的实验性能。实验结果显示,在给定实验条件下,该F-P光纤干涉仪在振幅为200~300 nm时的性能参数较好,线性度最小为0.42%,对应的灵敏度为7.507 V/μm,重复性标准差最大为0.232 V;在10~100 nm与350~500 nm,干涉仪测振系统有较好的重复性,其标准差小于0.102 V。该F-P干涉仪系统具有测量微小振动的可行性,有望应用在微小振动和位移等精确测量领域。

超小GRIN光纤探头新型气体传感器模型

为研究集成化高性能的气体传感器,将超小GRIN光纤探头与空芯光子晶体光纤(HC-PCF)耦合,提供一种新型光纤气体传感器模型的设计方法。在解析新型光纤气体传感器模型的基础上,搭建实验测试系统,用GRIN光纤探头分别和单模光纤与HC-PCF耦合,进行接收光谱功率的比较分析。实验结果显示:在给定条件下,利用GRIN光纤探头的耦合系统可以获得67.73 nW的光谱功率,优于使用传统单模光纤接收到的53.52 nW。因此,利用GRIN光纤探头替代单模光纤与HC-PCF进行耦合并应用于光纤气体传感器中,具有更高的耦合效率和更高的输出光功率等优势,可用于新型光子晶体光纤气体传感器的研究。

超小自聚焦光纤探头对光纤F-P干涉信号的影响

基于超小自聚焦(GRIN)光纤探头的干涉条纹对比度,研究了GRIN光纤探头对F-P干涉信号的影响。利用高斯光束分析超小GRIN光纤探头干涉条纹对比度理论公式,建立相应的测试实验系统。实验结果表明:聚焦光斑直径为15μm的超小GRIN光纤探头,在腔长为600~1350μm范围内,条纹对比度可以保持在0.8以上。而单模光纤探头的条纹对比度如果要保持在0.8,腔长范围仅为130~530μm。因此,所研制的超小GIRN光纤探头可有效提高F-P干涉仪在大腔长时的干涉条纹对比度,为超小GRIN光纤探头在较长初始腔长或大动态范围的应用研究中提供了理论依据。