激光超声检测共焦球面法布里-珀罗干涉仪

从理论上对共焦球面法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围、透射谱线半宽度、精细度、光谱分辨率等光学参数进行了分析,并根据激光超声检测的特点和要求,设计制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪.利用单片机对该干涉仪的腔长和工作点进行控制,成功实现了激光超声的非接触测量.

基于共焦球面法布里-珀罗干涉仪的激光超声信号检测

从理论上对共焦球面法布里-珀罗干涉仪的自由谱宽、透射谱线半宽度和精细度等光学参数与共振腔长度及球面镜曲率半径的关系进行了分析。根据激光超声检测的特点和要求,设计制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪。根据选择的干涉仪参数及其具体结构形式,获得了干涉仪的锯齿波扫描透射曲线的试验结果,成功实现了激光超声的非接触测量。

法布里-珀罗标准具和共焦球面扫描干涉仪的调节

观察法布里—珀罗标准具和共焦球面扫描干涉仪在共焦前后的多光束干涉图像,根据干涉条纹的变化和干涉仪频谱信号强弱进行精确调焦的方法,提高了实验效率并且得到了较好的实验结果。

共焦法布里-珀罗干涉仪灵敏度和稳定性研究

共焦法布里－珀罗干涉仪（Confocal Fabry-Perot Interferometer, CFPI）是用光学方法探 测固体表面超声振动的解调器件，它的灵敏度和稳定性决定了整个系统的灵敏度和稳定性．通 过使用干涉仪的共轭输出光，使系统探测超声振动的灵敏度可提高至少２倍；同时详细给出通 过干涉环来粗调干涉仪的共焦点，并提出使用单片机（ＭＣＳ－５１）反馈控制系统来稳定最佳工作 点的方法．利用该系统实现了对铝样品表面压电超声振动的检测，得到了较好的实验结果．

共焦法布里-珀罗干涉仪腔长控制系统的设计

为了提高共焦法布里-珀罗干涉仪在激光超声检测中的抗干扰能力,提出了一种利用单片机控制干涉仪腔长的原理和方法。该控制系统能根据特定情况自动确定干涉仪工作点所对应的电压值,并将该值与实时检测的电压值进行比较后,自动改变压电陶瓷管的驱动电压以调整腔长,从而达到稳定工作点的目的。实际运行结果表明,系统运行可靠并成功实现了干涉仪工作点的实时控制。

内置耦合共焦法布里-珀罗干涉仪的设计

利用光学反射腔的耦合共焦原理,设计了一套内置耦合共焦法布里-珀罗干涉仪。利用该装置对可调谐二极管激光器1181.0～1181.75cm-1中红外光谱范围内的N2O和SO2的低压气体分子吸收光谱进行标定,得到了利用该装置进行光谱绝对频率标定的系统标准偏差(～0.98049×10-4cm-1)和自由光谱范围(～0.00998646(2)cm-1)。

激光稳频的共焦法布里-珀罗干涉仪

针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共焦法布里-珀罗干涉仪,腔镜和隔离器通过光胶的方式进行组合,并且置于温控精度优于0.01 K的双层密封温控箱中。经过实验测量,共焦法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围为370 MHz,透射谱半峰全宽(FWHM)为1.7 MHz,精细度为220。采用该共焦干涉仪进行稳频,理论稳频精度可达0.15 MHz,满足激光多普勒雷达单频激光源的稳频要求。

共焦法布里-珀罗干涉显微测头光学特性分析

根据纳米计量分辨力的要求,设计一套共焦法布里-珀罗(F-P)干涉显微测头。系统光源采用保偏光纤直接导入,从F-P腔外入射。光路设计成便于减小光学共模噪音的差动形式。通过建立模型分析系统光学特性,得出反射平板的最佳反射率以及共焦结构对干涉条纹的影响。实验验证表明反射平板反射率为40%时可以使系统得到对比度高,信噪比好的干涉条纹;针孔光阑可以方便寻找测量透镜的焦点和减小杂散光的噪音;系统轴向分辨力达到0.2nm。

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。

不同波长的激光器通过法布里-珀罗腔相对于铯原子谱线的锁定

采用共焦法布里珀罗腔(CFP)作为桥梁,可以实现不在原子、分子跃迁线附近的单频激光器相对于原子、分子跃迁线的锁定,从而可以有效地抑制激光频率的漂移。在实验中通过射频频率调制光谱技术结合饱和吸收光谱(SAS)将自制852nm光栅外腔反馈半导体激光器锁定到铯6S1/2Fg=4-6P3/2Fe=4、5交叉线上,通过Pound-Drever-Hall(PDH)射频边带技术将作为桥梁的共焦法布里珀罗腔锁定在852nm激光频率上。再通过PDH方法将830nm和908nm两台远离铯原子D2线的外腔半导体激光器同时锁定在作为桥梁的共焦法布里珀罗腔上,实现了830nm和908nm两台激光器相对于铯原子跃迁线的锁定。由锁定后的误差信号估算,20s内852nm激光器相对于铯原子Fg=4-Fe=4、5交叉线的频率起伏小于±540kHz,830nm、908nm激光器相对于共焦法布里珀罗腔的频率起伏分别小于±340kHz和±60kHz,共焦法布里珀罗腔相对于852nm激光的频率起伏小于±550kHz。

应用于碳同位素丰度测量的激光频率刻度系统研究

对应用于激光吸收光谱法碳同位素丰度测量中的激光频率实时刻度系统进行研究.采用不同自由光谱范围的共焦法布里-珀罗干涉仪对测量过程中的激光扫描频率进行实时测量.分别采用线性内插法和多项式拟合法对激光频率每次扫描过程中的频率非线性进行分析,通过对4976—4980 cm 1波段CO2吸收谱的多次测量平均的实验结果与HITRAN-2008数据库相应的吸收峰数据进行比较,得到两种方法的激光频率刻度精度均可达到10 4cm 1,线性内插法的刻度精度要好于多项式拟合法.验证了激光频率实时刻度系统在碳同位素丰度测量中应用的可行性.

激光超声光学检测应用

激光脉冲照射样品表面会发出超声波,利用光学方法对超声波进行检测,可以对材料和产品质量进行无损评估。介绍了激光超声共焦法布里-珀罗(F-P)检测的原理,设计了一种新型共焦F-P干涉检测仪(CFPI),很好地解决了激光超声光检测中激光器的稳定问题和CFPI的稳定问题,用纯光学方法实现了真正意义上的无损检测应用,实验验证了该激光超声光学检测系统的实现方式。