光纤压力传感器测量的最小偏差腔长解调算法

在光纤传感技术领域应用基于法珀腔(外腔式法布里-珀罗干涉腔)结构的光纤压力传感器进行气体压力测量时,由于传感器结构决定了腔长动态范围相对较小,需要高分辨率的腔长测量方法。因此针对基于法珀腔结构的光纤压力传感器进行绝对腔长解调算法研究,提出一种高精度最小偏差腔长解调算法,通过将法珀腔光纤压力传感器密封在压力标准源中,对等间隔压力变化产生的不同腔长进行实时解调,实现了气体压力的实时测量。实验结果表明,法珀腔光纤压力传感器腔长值随压差变化呈现出良好的线性关系和重复性,腔长测量的重复性为±1 nm,精度为0.1496%,压力测量的重复性为0.12%,压力测量的精度优于0.5%。

双楔镜腔长微调节结构研究

腔长微调节结构在光学谐振器里有重要应用。一种由双楔镜组成的腔长微调节结构被提出,该结构可实现不依赖于腔镜的腔长调节。双楔镜结构由斜面平行对立放置的两个直角楔镜构成,通过在垂直方向上驱动楔镜移动实现双楔镜内部光程改变,进而改变所处谐振腔内光路的光程。双楔镜结构对光程改变量的理论计算公式被建立,根据公式,光程改变量与楔镜楔角大小成正相关关系,与楔镜折射率成正相关关系,与楔镜振幅成线性关系。楔镜的楔角和折射率共同决定双楔镜结构的光程调节效率。经理论设计,楔角29°、折射率1.81的YAG双楔镜结构具有较高的调节效率和较小的光损耗,调节系数为0.53。实验上,以双角锥环形腔为基础,实现了双楔镜结构对腔长的调节,验证确定了双楔镜结构对腔长调节的可行性和有效性。讨论分析了双楔镜结构的变形结构:直角面对立双楔镜结构、基于正楔镜的双楔镜结构、多级双楔镜结构的光程调节性能。对比了双楔镜结构和其变形结构在光程调节效率、光损耗、光路调节难易程度的性能,确定了各种双楔镜结构在实际应用中的优缺点,为双楔镜结构的设计和选择提供了参考依据。

耦合式光电振荡器的动态腔长稳定控制

提出了一种基于耦合式光电振荡器的动态腔长长时稳定控制方案,当光谐振腔腔长变化时,通过同相正交(in-phase/quadrature,I/Q)混频器测量光谐振腔内选定两点的谐振相位变化量,反馈控制光电再生腔的光延迟线进行再生腔长跟随补偿,实现可变腔长的耦合式光电振荡器的锁模控制输出,从而将变化的谐振腔腔长转化为变化的谐振频率进行精密测量。经过系统实验,当谐振腔长变化时,振荡器可实时锁定输出可变的微波信号,并保持边模抑制比优于47.26 dB,1 h内功率抖动小于0.28 dB,锁定相位误差抖动在±1.5°以内。

腔长失调对光腔衰荡法测量精度的影响

只考虑腔长失调因素下建立了反射率模拟测量的理论模型。根据高斯光束传输规律分析了腔长失调对衰荡腔模式耦合的影响,推导了腔长失调与谐振腔输出脉冲信号、衰荡信号与反射率之间的关系,模拟了腔长失调在±10mm范围内的光脉冲衰荡现象。结果表明:对于光敏面直径为0.2mm的高速探测器,为了保证10-6的测量精度,腔长的失调量应控制在±1mm之间。在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器和动态范围较大的探测器,可以提高测量精度。

光纤法布里-珀罗传感器腔长的傅里叶变换解调原理研究

在宽带光源条件下对光纤法布里珀罗传感器腔长的傅里叶变换解调原理进行了详细的理论推导,在此基础上给出了具体的实现算法和仿真对比实验.仿真结果表明采用傅里叶变换可以有效地对光纤法布里珀罗传感器进行腔长解调.

腔长对高功率单管半导体激光器性能的影响

为了降低高功率单管半导体激光器的结温、提高器件的可靠性,采用波长漂移法对不同腔长激光器的热阻进行测量,在此基础上,研究了芯片腔长对单管激光器结温和可靠性的影响。实验结果表明,在热沉温度20℃和连续输出功率10 W的条件下,腔长为4 mm时器件的结温最低,仅有56.3℃;当热沉温度为30℃时,在已进行的3 200 h老化测试中,4 mm腔长的激光器功率退化率最低,仅为3.09%;利用外推法得到器件的寿命为20 711 h,是2.5 mm腔长激光器寿命的3.42倍。研究发现,激光器芯片的腔长直接影响着器件的结温和可靠性。为提高器件的寿命,高功率单管半导体激光器应选用长腔长的芯片。

激光陀螺腔长控制镜改进设计

腔长控制镜影响激光陀螺谐振腔的光束形状、光强等参数,是制约激光陀螺精度提高的重要因素之一。减少激光陀螺腔长控制镜的位移扭偏,提高腔长控制镜的环境耐受性,能够直接改善激光陀螺的性能。通过研究激光陀螺腔长控制镜的基本机理,分析了腔长控制镜单筋方案和双筋方案的典型结构和特点,给出了提高反射镜抗扭偏能力的设计方法,设计并实现了新型双筋腔长控制镜结构。改进的腔长控制镜仅由3种零件、2种材料构成。经过仿真分析和试验验证,设计的腔长控制镜可以有效抵抗反射面的歪斜扭偏,在-50℃～+70℃工作范围内,抗扭偏能力提高5～10倍,同时实现了低成本和高稳定性。

腔长损耗对非本征F-P腔光纤传感器的影响

根据光学法布里-珀罗(F-P)腔基本原理,运用单模光纤能量散射模型分析了腔长损耗对非本征F-P腔输出光强度的影响。实验过程中所用的F-P腔由单模光纤端面和弹性硅片组成。实验结果表明,非本征F-P腔输出光强幅度随腔长增大逐渐衰减,其输出特性曲线中不同部分相同周期的线性工作区间却对应不同的测量量程和灵敏度,所以强度型光纤F-P腔传感器初始腔长应基于传感器的性能指标进行选取。

激光陀螺腔长控制镜结构特性有限元分析

为研究激光陀螺腔长控制反射镜结构参数对其性能影响,提出了建立腔长控制镜弹性、压电体耦合有限元模型并进行直接耦合场有限元分析的方法。通过编制ANSYS有限元软件宏文件,实现有限元模型与结构尺寸的自动同步。对某型激光陀螺腔长控制镜仿真计算表明,反射镜环槽内外径以及变形筋的厚度对其光程调节能力影响最大,并在此基础上实现了该型控制镜的优化设计。实验表明该方法对激光陀螺腔长控制镜的结构设计具有一定的指导意义。

离散腔长变换解调光纤法珀应变传感器并联复用的研究

基于光纤法珀应变传感器的基本原理,阐述了两只光纤法珀应变传感器并联条件下的组合输出信号。讨论了离散腔长变换的方法用于复用组合输出光信号进行解调的原理。最后,通过计算机仿真和实验验证了此方法的可行性。

微型化光纤法布里-珀罗传感器腔长一致性的控制研究

研究了光纤法布里-珀罗腔传感器的腔长一致性的控制技术.通过三维调整架组成微调装置来控制全光纤法布里-珀罗腔的腔长;结合法布里-珀罗腔的工作原理,利用光谱分析仪实时检测加工过程中法布里-珀罗腔的腔长并用装置予以修正;以热熔接的方法将毛细玻璃管与光纤加工成法布里-珀罗腔;利用超景深光学显微系统检查加工的法布里-珀罗腔的关键部位的结构,并对熔接点的牢固性进行了检测.实验结果和数据分析显示:法布里-珀罗腔的腔长得到了较好的控制及一致性,熔接部位的变形和对法布里-珀罗腔的性能的影响也很小.该工艺可用于制备全光纤法布里-珀罗腔传感器.

一种控制环形激光器光学腔长的新方法

提出了一种控制环形激光器光学腔长的新方法.该方法是利用压电陶瓷电控环形激光器毛细管内干燥空气的折射率,实现对环形激光器光学腔长的控制.这种控制方法对环形激光器性能影响很小,具有响应速度快、灵敏度高、功耗低等优点,可用于全反射棱镜式环形激光器、反射镜式环形激光器的稳频系统.对于激光陀螺、激光计量等应用具有重要意义.

光纤环形腔的腔长调制速率限和应用

从理论上导出了有线性腔长调制时光纤环形腔的输出特性，首次得到了腔长调制速率限的定量公式，并给出了调制速率大于速率限时腔的有效带宽与调制速率之间的关系．计算结果表明：当调制速率大于速率限时，腔的输出特性出现振铃和不对称．讨论了它在光纤环形腔陀螺中的应用．

腔长变化对连续波腔衰荡技术测量的影响

为了阐明腔长变化对测量的影响,在考虑入射光源光谱线宽的情况下,采用腔衰荡法和多光束干涉等有关理论,就两种极限情况下腔长变化对连续波腔衰荡法测量的影响进行了分析和数值模拟,并据此讨论了一般情况下腔长变化给测量带来的影响。分析表明,腔长变化主要使衰荡腔谐振频率变得不稳定,从而使得衰荡腔出射光功率及其衰荡特征发生变化,进而给测量带来严重误差,这将为分析该技术测量误差来源以及提高其测量精度提供理论指导。

全反射棱镜式激光陀螺腔长控制过程研究

针对全反射棱镜式激光陀螺采取的加热腔道气体控制腔长的原理,利用建模软件PRO-E建立分析模型,有限元分析软件Ansys对跳模过程进行热分析,发现并总结影响全反射棱镜式激光陀螺稳定单模工作的因素,并对减少跳模时间和提高加热效率提出了建议。

激光陀螺腔长控制机构研究与改进

腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7°/h提高至0.3°/h。

光纤Bragg光栅F-P腔长测量的理论与实验研究

通过对FBG和光纤Bragg光栅F-P腔(FBG-FP)的光谱特性分析,得出了低反射率的FBG-FP腔反射谱的双光束干涉近似表达式。在此基础上,讨论了拟合法、周期法和傅里叶变换3种FBG-FP腔长测量方法。最后,对实测光纤FBG-FP腔的反射谱进行了分析,3种方法得到了相互验证,腔长测量精度达0.1mm量级。

集成光学陀螺的最佳腔长

作为谐振式光学陀螺的核心敏感器件,无源环形谐振腔(PRR)结构参数的选择,对陀螺灵敏度具有决定性作用.腔长正是这重要结构参数之一.基于多光束干涉理论的理论分析表明,谐振腔长的增加,一方面通过决定腔内干涉光程,优化PRR谐振特性,另一方面,又通过对腔光传输损耗的影响,决定着谐振条件的耦合比要求,从而成为腔内光传输总损耗重要决定因素,导致谐振特性劣化.根据谐振式光学陀螺的调频光谱测量原理,在陀螺灵敏度决定过程中,腔长的上述两方面影响所起的截然相反作用,从而决定了以陀螺最佳灵敏度为判据存在最佳腔长.仿真与实验结果与理论分析良好一致性,不仅证明了理论分析的正确性.也显示了其在集成光学陀螺结构设计与性能优化中的应用价值。

腔长对Er:YAG 2.94μm激光输出的影响

本文从实验和理论上研究了Ｅｒ：ＹＡＧ激光器的谐振腔腔长对泵浦阈值和斜率效率的影响．导出了它们之间的数学表达式，说明了腔长影响的主要因素是腔内水汽对２．９４μｍ激光的强烈吸收．

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。