基于银膜的自准直光纤法布里-珀罗腔设计及声源定位研究

提出一种基于银膜的自准直外腔式光纤法布里-珀罗(EFPI)干涉仪声传感器阵列,用于中低频声信号的检测以及二维平面声源定位。传感器阵列由三个相同结构的EFPI组成,结构简单、制作简便。银膜的应用和准直器的引入提高了传感器的声压灵敏度,扩大了声源定位范围。实验结果表明:单个传感器声压灵敏度为185 mV/Pa,最小可探测声压为52.7μPa/Hz^(1/2)@500 Hz。在声源指向性实验中,声源设置在传感器正前方时,其声压灵敏度达到185 mV/Pa,声源设置在传感器侧面(90°,270°)时,其声压灵敏度衰减仅为4.5%。传感器阵列结合到达时间差技术,成功实现高精度的声源定位,系统的理论空间分辨率为0.71 cm,最大定位误差不超过2.8 cm,定位范围为200 cm×200 cm,具有成本低、实用性高等优点。

基于硅MEMS技术的高灵敏度微型光纤法布里-珀罗压力传感器

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0~50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。

基于光纤法布里-珀罗干涉仪的高灵敏微压传感技术研究

光纤传感器在电池安全监测领域的应用日益增多。针对储能电池内部气压变化微小难以测量的问题,基于光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot,FP)腔体端面镀膜的结构模型,研讨了膜厚、有效半径和腔长之间的关系,深入探究了三者之间的相互制约及理论基础,设计了一种小型化、高灵敏度和高精度的光纤微压传感器。制备了气压灵敏度-239.836 nm/MPa、线性度0.998的微压传感器,其在100 kPa压强范围内表现出良好的线性和稳定性。该传感器结构紧凑、制作简单且成本低,具备较高的灵敏度和优异的压强响应特性。

亚波长光栅与法布里-珀罗滤光片集成的高性能光谱偏振分光器

光谱偏振成像技术是一种新型的光学成像技术,它不仅提高了目标的信息获取量,还降低了背景噪声,可以捕获目标细节,检测伪装目标。本文提出了一种将亚波长光栅与F-P滤光片相结合的光谱偏振测量器件,该器件可以获得超高光谱分辨率和偏振消光比,并且光谱和偏振可以灵活调控。本文设计了一种光谱偏振同时分光器,可同时获得4个光谱通道的斯托克斯参数。仿真结果表明,其光谱分辨率为217,偏振消光比为106。实验结果表明,亚波长光栅的偏振消光比大于500,透射率为90%。全介质F-P滤光片的光谱分辨率为30,在长波红外波段的透射率为60%。该设计方法具有通用性,可用于可见光、红外甚至太赫兹等波段。得益于这些优点,器件在微型偏振光谱仪和全斯托克斯偏振检测等领域有很大的应用潜力。

法布里-珀罗干涉仪在远程探测领域的应用

远程光谱探测是人类探索大尺寸空间和物质的重要手段,在天文、气象、深海等领域发挥着重要的作用,但收集远程光谱对光谱仪的性能也提出了很高的要求。根据Jacquinot提出的光谱性能评价标准,相较于其他光谱系统(光栅光谱仪,棱镜光谱仪等),法布里-珀罗(F-P)干涉仪通光孔径大、多光束干涉的光谱分辨能力强,使其在远程弱光探测领域有着天然的优势。从1914年法布里本人第一次将F-P干涉仪用于天文观测以来,F-P干涉仪已被广泛应用于远程光谱测量领域,并逐渐发展出各种改进型F-P干涉仪。传统F-P干涉仪在远程探测领域主要面临三个问题:自由光谱范围窄,大孔径的F-P干涉仪装调难度大,环状干涉结构能量分散。随着探测需求的不断提升和科学技术的长足进步,解决方案也应运而生,本文介绍了三种典型的改进型F-P干涉仪,分别是:增加自由光谱范围的级联F-P干涉仪,适用于极端环境下的旋转扫描F-P干涉仪以及将能量分散的干涉圆环转换为能量集中的干涉直线的F-P干涉系统(CLIO)。对F-P干涉仪在气象、天文、深海等领域中的重要应用进行了系统的总结。在气象学领域,介绍了用于大气中层和热层风速测量的大口径F-P干涉仪,测量大气中的痕量气体及其同位素体的德国海森堡高精细度F-P干涉仪;在天文学领域,介绍了由美国威斯康星大学设计、用于研究星际物质发射线的级联F-P干涉仪;在海洋学领域,介绍了国内F-P干涉仪测量布里渊散射的主要应用实例:2004年北京师范大学设计的水下布里渊散射系统,2021年上海交通大学设计的星载布里渊散射系统等;在大气污染检测领域,介绍了南开大学设计的F-P干涉仪用于测量飞秒激光远程光丝NaCl气溶胶荧光光谱。最后提出光谱识别精度,热稳定性是未来F-P干涉仪应用在远程光谱测量领域需要进一步突破的难点。

基于法布里-珀罗干涉仪测量大气环境CO_(2)的方法

CO_(2)是主要的温室气体之一,它的排放和累积导致温室效应加强,进而引起全球气候变化,因此获取大气环境中CO_(2)的浓度变化对研究气候变化意义重大.针对低成本、快速和在线精确测量大气环境CO_(2)的技术需求,本文构建了基于法布里-珀罗干涉仪的CO_(2)大气浓度在线测量系统,并研究了精确获取其浓度反演方法.采用基于微机电系统(MEMS)技术的热辐射源作为法布里-珀罗干涉仪系统光源,设计透射式光路代替常见的折射式光路.通过静电控制两镜片的间距,改变干涉谱,实现10 nm步长的中心波长的干涉峰调节,扫描获得CO_(2)实时在线吸收光谱,基于差分吸收光谱原理获取了CO_(2)气体的浓度.利用样气标定系统,并用商用光声光谱多气体分析仪校验系统,结果表明,该系统检测限达1.09×10^(-6),检测精度为±1.13×10^(-6),测量误差小于1%.在煤城淮北开展了大气环境CO_(2)实时在线检测,并与商用光声光谱分析仪开展比对观测实验,二者相关系数R=0.92.实验结果表明,研发的法布里-珀罗干涉仪系统能够满足大气环境CO_(2)浓度的快速、在线高精度测量技术需求.

基于光纤法布里珀罗干涉仪的涡街流量计

为解决常规电学流量计抗电磁干扰能力差的缺点,基于卡门涡街以及光的干涉原理,针对暖通空调系统提出一种光纤法布里-珀罗型涡街流量计,该流量计利用绕流体产生周期性漩涡的特点,在流速与干涉仪输出光强之间建立联系,以光强的变化频率反映流速,实现流速传感。其中采用有限体积法对流量计进行数值模拟,合理选择出最佳检测点,并将得到的模拟数据与理论值进行分析比对,证明了该流量计设计的合理性和可行性。

基于光纤光栅传感系统的光纤法布里-珀罗滤波器热致非线性研究

研究和评估了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的压电陶瓷(PZT)驱动的光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器的热致非线性,采用多项式拟合法减小FFP滤波器的热致非线性误差。在FFP滤波器所处环境温度变化超过15℃的情况下,采用大于等于4阶的多项式拟合和参考光栅的方法,可使FFP滤波器热致应变误差从750με减小到15με,标准差保持在10με以下。实验结果显示,当PZT驱动的FFP滤波器的温度变化范围较大时,其热效应不是简单地保持不变或呈线性。

W-VO_(2)/PMMA/W-VO_(2)法布里-珀罗腔智能窗性能研究

钨掺杂二氧化钒(W-VO_(2))具有低的半导体-金属相变温度,在智能窗领域具有很大的应用潜力。但是其可见光透过率(T_(lum))和太阳调制能力(ΔT_(sol))相对较低,不断提高T_(lum)和ΔT_(sol)一直是智能窗领域研究的热点。本文提出,通过旋涂方法在玻璃基板表面制作W-VO_(2)/PMMA/W-VO_(2)法布里-珀罗腔结构,通过改变W-VO_(2)体积分数及介质层厚度,增强热致变色性能。结果表明,这一结构的ΔT_(sol)可以提高至15.61%,T^(lum)维持在37.01%。研究结果有利于提升VO_(2)在智能窗中的应用。

切趾技术对光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器反射特性优化的研究

利用矩阵分析法,针对两个相同光栅构成的光纤布拉格光栅法布里-珀罗(F-P)腔滤波器进行理论分析。数值模拟分析了光栅长度变化对光栅以及F-P腔滤波器反射特性的影响,指出光栅长度增加对反射特性影响的优缺点,分析利用常用切趾函数对光栅进行切趾,减小由于光栅长度增加导致反射谱的的旁瓣增大,对组成的F-P腔滤波器的反射特性的优化,得到了光栅切趾对F-P腔滤波器的反射特性的影响规律。对于在实际应用中制作出性能优良的光纤布拉格光栅F-P腔滤波器有一定的参考价值。

一种基于FSR的法布里-珀罗谐振腔天线设计

基于频率选择性吸波器(FSR)和法布里-珀罗(F-P)谐振腔的基本原理,提出了一种具有增益增强效果和低雷达散射截面(RCS)的天线。首先,通过2层介质谐振器的模式叠加,设计了一款宽带介质谐振天线(DRA)作为F-P谐振腔的馈源。然后基于等效电路模型(ECM)设计了一款X波段透波,S和Ku波段吸波的FSR作为F-P谐振腔的部分反射表面。最后利用FSR的反射特性,在其与DRA的地面之间形成一个准法布里-珀罗谐振腔。仿真和测量结果表明,天线具有带内的增益增强和带外的低RCS性能。

基于双光纤光栅法布里-珀罗滤波器的可调谐单频光纤激光器

基于游标原理,利用一对光纤布喇格光栅法布里-珀罗滤波器(FBG-FP)作为模式选择器件,设计了一种新颖的环形腔光纤激光器.从理论和实验上研究了该激光器的特性.通过对可调谐FBG-FP应力调谐,在1550.840 nm到1551.762 nm范围内,以96 pm为平均间距,获得了8个由固定FBG-FP的透射谱所确定的窄线宽稳定激光输出.实验上每隔1分钟用光谱分析仪(OSA)对输出光波长自动扫描,记录的输出光波长漂移在数皮米范围内,且功率的波动小于0.1 d B.这种可调谐的单频光纤激光器在光纤通信和光纤传感方面有潜在的应用价值.

基于法布里-珀罗滤波器的40GHz全光时钟提取实验

研究了在基于法布里-珀罗(F-P)滤波器的全光时钟提取实验中法布里-珀罗滤波器的精细度和信号码型对时钟提取的影响.根据理论分析,利用精细度为1012的F-P滤波器进行了时钟提取实验,并利用SOA进一步抑制时钟信号中的幅度抖动噪音,改善了时钟信号的质量.最终提取出低幅度起伏、低时间抖动的40GHz时钟信号.

新型的光纤无源器件——光纤法布里-珀罗调谐滤波器

本文介绍了国外可调谐光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器不同类型的结构、制作、主要参数及其用途。每一种滤波器都可覆盖一个独立的由谐振腔长度所决定的自由光谱区。滤波器采用压电元件调谐,在信号处理、传感器、波分复用(WDM)系统、相干光通信系统、特别是近几年才发展起来的光频复用(OFDM)系统中将得到广泛的应用。

基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域,由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大;频率匹配误差不变时,EV随风速增大而缓慢减小;当频率匹配误差小于10 MHz时,EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数,对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明:在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内,当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时,系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s;在无云条件下,系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差,结果表明:后向散射比越大,相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大;频率匹配误差对温度测量的影响大,为保证低层大气温度测量准确,频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数,对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明:在0~20 km高度范围内,通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小,在2 km以上可忽略不计;若出现云层、沙尘等,对应高度的温度测量偏差将会较大;垂直距离分辨率取30 m@0~12 km和60 m@12~20 km、时间分辨率取1 min时,白天和晚间由噪声引起的温度测量误差分别小于3.7 K和3.5 K,后向散射比相对测量误差分别小于0.40%和0.38%。

ICF中可调法布里-珀罗滤波器间距稳定度研究

在神光Ⅱ第9路ICF高功率激光装置中,采用可调法布里-珀罗(F-P)滤波器对幅度调制效应进行补偿,根据补偿装置的技术要求,提出一种应用nm量级精度的电容式位移传感器对可调F-P滤波器间距稳定度进行监控的系统,详细论述了监控系统的结构与工作原理。给出了电容式位移传感器的驱动电路及数据处理与控制软件的设计方案,并对电容式位移传感器的精度进行了标定。实验结果表明,该位移监控系统能够使可调F-P滤波器的间距稳定度保持在15 nm/h以内,使幅度调制效应的调制深度优于4%。

基于SOPC的光纤法布里-珀罗滤波器的控制电路研究

在光纤布拉格光栅传感系统中,法布里-珀罗(F-P)滤波器是实现波长解调的关键器件。针对模拟控制电路产生锯齿波进行滤波器驱动的速度和频率分辨率不够高的缺点,利用Altera公司的可编程片上系统(SOPC)技术,设计了一个基于FPGA和高速数模转换芯片DAC904的控制电路,并通过后级调理电路处理得到了一个频率为100 Hz、幅值为0~18V的锯齿波电压信号完成对F-P滤波器的驱动控制。仿真结果表明:利用数字化技术产生锯齿波来控制滤波器的设计方法,可以简化电路设计,提高输出信号的频率分辨率,提高系统运行速度。

法布里-珀罗腔游标式级联可调谐光滤波器在DWDM系统中的串扰分析

研究了法布里 -珀罗 (F -P)型级联可调谐光滤波器在密集波分复用系统中引入的信道间串扰对系统的影响 ,并分别讨论激光线宽、光波导损耗、信道间距对串扰的影响。对设计的器件 ,在信道间隔为 2 5GHz,激光线宽为 5GHz时 ,串扰可达

检测法布里-珀罗滤波器传输时延的谐振腔方法（英文）

提出一种谐振腔方案用于测量法布里-珀罗滤波器的光传输时延.将法布里-珀罗滤波器置于谐振腔中,根据谐振腔长与谐振频率的关系,将滤波器的传输延时量转化为谐振基频的减小量进行测量.实验测得谐振基频的变化量为0.167MHz,对应谐振腔长的变化量为3.570m.除去器件的尾纤等包装长度,滤波器的传输延时为1.542m.该方案不依赖于镜面反射系数、精细度等滤波器参数,可顺利测得光信号经过高精细度法布里-珀罗滤波器的传输时延,甚至可实现很小尺寸的滤波器时延测量.通过谱分析法测量得到延时量为1.581m,验证了实验结果的正确性.