对F-P腔式气体光纤传感器信号解调方法的研究

研究了一种新型的基于法-珀(F-P)腔式气体光纤传感器信号解调的方法。应用F-P腔的多光束干涉原理和气体吸收的朗-比定律建立起检测的数学模型,在理论上设计了其信号的解调方法,模拟分析了有效光程对待测气体浓度的影响及影响该方法检测精度的因素,从模拟结果分析了如何选择腔长的变化范围以确保频率间隔适用于实际测量。该法可在生物检测、航空航天、环境监测等许多领域中广泛应用。

基于F-P腔的激光频率稳定传递方法

量子传感的发展需要频率高度稳定的激光器为基础,且实现大失谐激光频率稳定通常是提高其精度和灵敏度的关键。针对大失谐激光稳频问题,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)腔传递激光频率稳定性的方法。以饱和吸收稳频法锁定的激光器频率为参考,基于锁相原理,锁定F-P腔长度。利用F-P腔长度这个稳定的参考点,实现目标激光器的频率的精确锁定。实验将目标激光器波长锁定于767. 001 nm,失谐频率为150 GHz,锁定后的频率漂移为1 MHz/h。该方法解决了激光大失谐稳频问题,对工程实践和科学研究有重要意义。

微F-P腔可调谐滤波器关键工艺研究

采用表面加工工艺,AZ5214E光刻胶进行光刻并反转,磁控溅射Ni Cr合金,剥离出高度为2.3μm的金属桥墩,填充聚酰亚胺作为牺牲层,再在牺牲层上光刻、沉积金属形成金属桥面,在金属桥面的中心嵌入第二布拉格反射镜。采用O2等离子体刻蚀去除聚酰亚胺膜,制作成微法布里—珀罗(F-P)腔,不需要硅片键合,克服了传统F-P腔高度不够高、调谐范围有限、腔平整度不好以及对设备要求高的缺点,并且可以做出大阵列结构,易于探测器集成。着重对腔体关键工艺,即金属桥墩的Ni Cr剥离工艺进行研究,针对现有技术缺陷,提出解决办法。

用于光纤通信系统的F-P可调谐滤波器

介绍了法布里-珀罗(F-P)滤波器的工作原理。讨论了各种调制方式的特点;分析了多种不同结构、不同调制方式的F-P可调谐滤波器的特性,及其在光纤通信系统中的应用。

低电压驱动的MEMS F-P可调光学滤波器研究

基于微机电系统(MEMS)技术,研制了一种新颖的光学腔与静电驱动器分离的Fabry-Pérot(F-P)可调谐滤波器。从光学设计、MEMS结构设计、制造工艺与器件测试等开展了F-P可调谐滤波器的研究,成功制备了工作在以1550 nm波长为中心、调谐范围为40 nm和驱动电压低于30 V的MEMS F-P可调滤波器。测试结果表明,其3 dB带宽为0.5 nm,单模光纤准直器封装的插入损耗低于8 dB,为研制实用的F-P可调滤波器奠定了良好的实验基础。

基于琼脂薄膜的微型端面光纤F-P湿度传感器

提出了一种基于琼脂薄膜的微型法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)光纤湿度传感器。传感器通过将标准单模光纤插入空芯玻璃管并在玻璃管端面浸涂琼脂薄膜形成双F-P结构。当环境相对湿度变化时,琼脂薄膜的体积和折射率发生改变,从而引起干涉光发生波长偏移。搭建了湿度传感实验系统,对传感器的湿度传感特性进行了表征,在50%RH—80%RH的相对湿度范围内实现了高达1.2324 nm/%RH的相对湿度测量灵敏度。该传感器尺寸紧凑、成本低、具有较好的线性灵敏度,且制备方式简单。

1550nm高效窄线宽光纤激光器

研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBGF-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er3+光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBGF-P腔选模,产生了稳定的1550nm单频激光输出。采用两端976nmLD抽运方式,阈值抽运光功率为11mW,在抽运光功率为145mW时输出信号光功率为73mW。光-光转换效率为50%,斜率效率达55%。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10kHz。研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统。

一种合成孔径激光雷达激光器带宽测量新方法

提出一种合成孔径激光雷达(SAL)调频激光器带宽测量的新方法。使用法布里-珀罗(F-P)扫描共焦腔,对调频He-Ne激光器的带宽进行测量,结果表明,在测量激光器的调频带宽时不受调频速率的限制,可以实现对SAL系统调频激光器的带宽测量。

能量天平动圈位移的激光干涉测量研究

为精确测量普朗克常数h,实现能量天平法建立量子质量基准,提出了三轴双频激光外差干涉和折叠式Fabry-Perot(F-P)干涉绝对距离测量相结合的激光干涉测量方法,用于精密测量和定位能量天平装置中沿竖直方向在均匀磁场中运动的互感线圈位移。用三轴双频激光外差干涉精密测量运动线圈的质心位移和姿态,位移测量不确定度为10nm;进而将F-P腔干涉绝对距离测量与外差干涉测量结果进行比对和校准。仿真表明,采用本文方法,当位移测量范围约为30mm时,测量分辨率优于1nm。将该方法运用于真空中线圈位移测量,相对测量不确定度优于1.0×10-9。

基于光纤干涉法的液体表面张力系数测量及温度影响研究

为了提高液体表面张力系数的测量精度,并充分发挥光纤干涉法的高精度、非接触等优点,提出了一种利用干涉原理的空心光纤(HOF)液体表面张力系数测量方法。即利用HOF一端与单模光纤(SMF)相连,另一端与待测液面接触形成Fabry-Perot(F-P)腔实现液体表面张力系数的测量。毛细效应使得被测液体进入HOF内,不同的表面张力导致HOF形成的F-P腔腔长发生变化,通过检测F-P腔两个相邻干涉峰的间距就可以间接得出液体的表面张力系数大小。实验中,分别测定了相同温度下5种不同液体的表面张力系数和不同温度下蒸馏水的表面张力系数,对测量的结果进行最小二乘法线性拟合。实验中,温度的改变采用水浴加热法,不同温度下蒸馏水表面张力系数的测量结果与理论值的最大误差为0.26%。本文方法结构简单,容易操作,有较高的灵敏度,可为实际液体表面张力系数测量提供参考。

石墨烯双曲超材料的传输矩阵法优化及传输特性

基于等效媒质理论,分析了近红外波段的石墨烯-电介质多层膜结构双曲超材料(GDM-HMMs)的双曲色散关系,对传输矩阵法(TMM)进行了优化,计算分析了不同周期数下的石墨烯双曲超材料的透射谱。基于法布里-珀罗共振腔(F-P腔),理论分析了透射谱的演变规律,验证了石墨烯双曲超材料在近红外波段的双曲色散关系。研究结果表明,实现电磁波传输需要大切向波矢条件。结构总周期数影响透射谱特性,可用F-P腔理论进行分析和反向结构设计。

一种光纤调频连续波激光干涉液位传感器

提出一种基于调频连续波干涉测量技术的膜片式法布里-珀罗(F-P)腔液位传感器。根据调频连续波干涉技术液位测量体系理论制作液位传感器,搭建液位测量系统,并对其进行线性度、灵敏度和分辨率等测试。实验结果表明,调频连续波液位传感器液位测量的线性度为0.99998,液位测量的灵敏度为465 nm/mm,分辨率约为33.998 nm,对应的液位值为0.0731 mm,而且具有很好的稳定性、重复性和迟滞性。因此,所设计的调频连续波光纤液位传感器可以实现高精度且稳定的液位测量。