基于Fabry-Perot腔阵列的集成化微型光谱仪方案及模拟

提出了一种微型光谱仪,该微型光谱仪基于法布里-珀罗腔滤波性的阵列式微型光谱仪。其基本结构是在硅基底上实现多个不同腔长的阵列,从而实现对多个波长的监测。探测单元即为一个法布里-珀罗腔,由硅基底-金属薄膜-二氧化硅层-金属薄膜构成。进行了相应的模拟计算,结果表明在基本结构为铝膜(14nm)-SiO2-银膜(39 nm)的情况下,通带半宽度可达到15 nm,单个探测单元面积仅为0.14 mm×0.14 mm即可达到微型光栅式光谱仪(最小体积在cm量级)的光通量,整个光谱探测部分体积仅在mm量级。该微型光谱仪设计尺寸在几个mm的量级、无活动部件,可以同时对多个波长进行检测,并可望利用现有IC加工手段实现光谱仪传感器化。

基于敏感Fabry-Perot腔光纤角位移传感器的原理与设计

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级)的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里珀罗(FabryPerot)腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.

光纤Fabry-Perot腔振动传感器

用频谱分析的方法对光纤Fabry Perot腔传感器的输出信号进行解调 在正弦振动条件下 ,用干涉信号的 3次谐波与基次波的功率比直接计算出振动幅度 ,可以简单地解调出信号

微机械FP腔可调谐滤波器在WDM系统中的串扰分析

介绍了一种以FP谐振腔为基础 ,用于波分复用系统的MOEMS器件—电控可调谐FP光滤波器 器件采用微电子机械加工技术研制 研究了FP型解复用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 ,并分别讨论了激光器线宽、滤波器带宽、信道间距对串扰的影响 在信道间隔为 10 0GHz ,激光器线宽为 5GHz ,串扰可达到 - 2

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10 nm/k Pa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.

Fabry-Perot腔滤波器的数学模型

将信号与系统的知识应用于Fabry-Perot(FP)腔滤波器的分析和设计中,避免了繁琐的矩阵运算,而且FP腔滤波器同整个系统紧密地联系在一起,使其成为一个以传递函数为特征的器件,更易于理解和优化设计.

以EDFA为光源的光纤Fabry-Perot腔位移传感

提出了一种新颖的光纤位移传感测量方法,采用空芯石英光纤内置单模光纤的方法制作了腔长可随待测目标移动而变化的非本征型光纤法布里-珀罗(FP)腔,利用EDFA光源的宽带光照射FP腔,其形成的多光束干涉谱通过多峰检测法,反算光纤FP腔的绝对腔长,实现对微小位移量的精确测量。根据所设计的方案,搭建了相应的光纤FP腔位移传感系统,实现了11 mm长度范围内1μm位移分辨率、40.4 dB动态范围的位移传感。

测量光纤外腔Fabry-Perot干涉仪的白光干涉术

提出了一种基于白光干涉术测量低锐度光纤外腔Fabry-Perot干涉仪(EFPI)的方法·用宽带光源注入F-P腔,在接收端用一高锐度的可调谐光纤F-P滤波器对EFPI的反射光谱进行扫描,获得了周期性变化的光谱输出·为了测量出EFPI的腔长,对光谱信号进行傅里叶变换,得到光谱的周期,由此求出EFPI的绝对腔长·证明了用低锐度EFPI的测量准确度由腔长决定·F-P腔越长,测量准确度越高·在腔长分别是200μm,400μm和600μm时,测量的腔长与实际腔长相同·

双Fabry-Perot干涉腔型光纤声发射传感器

设计了一种新型的双Fabry-Perot腔光纤传感器用于材料损伤引起的声发射信号检测。基于低细度Fabry-Perot腔多光束干涉原理,建立了光纤Fabry-Perot传感器检测声发射信号的数学模型。分析双Fabry-Perot腔正交点稳定工作机制,设计并制作了具有双Fabry-Perot腔结构的光纤声发射传感器来保持传感器正交点的稳定性。通过模拟AE信号检测与热应力干扰实验对设计的传感器进行了实验验证。实验一通过冲击振动与折断铅笔芯产生两类模拟声发射信号,使用商用的压电传感器和光纤传感器进行对比实验,结果表明光纤传感器能够成功检测到两类模拟声发射信号,灵敏度为12.9nm,带宽达到30kHz。实验二对传感器进行工作点稳定测试,结果表明双F-P腔的控制机制能够保证传感器工作在正交点,解决了传感器输出信号衰减的问题。

基于可调FP腔的光脉冲时域混叠编解码技术研究

针对海底光缆通信系统面临的光信息的传输安全问题,提出了采用腔长可调的FP谐振腔,对传输速率为10Gb/s的皮秒光脉冲信息进行时域混叠编解码,实现了100km的光信息安全传输实验。

硅微机械FP腔器件机电特性模拟

介绍了一种硅微机械FP腔器件,该器件作为光学滤波器、光学衰减器等在光纤通信技术中具有广泛应用·采用化学气相沉积、刻蚀、金属蒸发等工艺对该器件进行加工,并利用湿法腐蚀释放使其形成悬空结构,悬空膜采用静电激励驱动·分析了器件的基本原理、工作范围、静电激励的阈值电压等特性,并指出了影响阈值电压大小的因素·

基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器

设计了一种基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器,采用动态波长调谐原理。加速度传感单元由二氧化硅支撑梁与中心质量块组成,在质量块底部与衬底层硅基凹槽内,利用薄膜沉积技术制备分布式布拉格反射镜(DBR)构成F-P光学微腔。设计了新型折叠支撑梁和维持器件可靠性的限位块结构。研究给出质量块位移引起腔长变化,导致透射波长偏移的关系,结合S型支撑梁挠曲度与系统加速度的关系,得到加速度与透射波长的函数,其线性度大于99.99%。通过有限元仿真软件对结构参数进行设计与优化,由仿真结果得出设计的加速度传感器工作频率为510 Hz,测量范围为±5 g,得到加速度-波长灵敏度为54.8 nm/g,最高分辨率可达1 mg设计可应用于自主导航、重力测量与资源勘探等。

含非线性介质Fabry-Perot腔混沌研究

根据混沌动力学的基本理论 ,计算了含非线性介质Fabry Perot腔动力学方程在其参数下的Lya punov指数分布图。利用Lyapunov指数和动力学特性的对应关系 ,分析出非线性Fabry Perot腔在各种参数下的动力学特性。

使用短腔FP干涉仪测量氦氖激光器的谱线宽度

使用短腔FP干涉仪测量氦氖激光器的谱线宽度,通过对测试设备性能的了解和测试系统的改进,提高了测试的精度,获得了准确的结果。

采用液体腔的全光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

提出并设计了一种基于液体腔结构的全光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,对F-P传感器原理进行了研究。采用内径为0.3 mm的玻璃毛细管作为套管,将两根SMF-28单模光纤插入套管构成F-P结构,并通过在腔内填充液体进一步提高传感器的灵敏度。实验中,以空气及纯净水作为腔内介质,分别制备了光纤端面距离为119μm和123μm,反射谱周期以及条纹对比度分别为15.15 nm、14.13 nm和11.17 dBm、11.83 dBm。实验中对所制备的两种F-P传感器分别进行了温度特性的测试,在20℃的范围内,每间隔2℃对反射光谱进行采集。对于空气腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷波长漂移量为2.39 nm,温度灵敏度为121 pm/℃,线性度为0.94,最大功率漂移为1.17 dBm;对于液体腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷漂移量为5.31 nm,温度灵敏度为243 pm/℃,线性度为0.98,最大功率漂移量为4.07 dBm。

基于Fabry-Perot腔阵列光谱传感器的集成化研究

提出了一种微型集成化光谱传感器,其结构包括不同腔长的Fabry-Perot腔阵列、光电探测器阵列、读出电路几部分。一个光谱探测单元包括一个Fabry-Perot腔和其下的光电探测器,各Fabry-Perot腔腔长的不同,可实现对不同波长的检测。该光谱传感器无可动部件,结构性能稳定,用CMOS工艺和MEMS工艺实现一体化集成,制作体积为mm量级。文章中将详细阐述该传感器的各部分结构设计和工艺实现等问题。

基于Fabry-Perot腔的光学真空测量技术研究

基于从头计算理论,对氩气摩尔极化率、摩尔磁化率和维里系数等物理参数进行计算,结合维里状态方程和Lorentz-Lorenz方程建立了气体压力关于折射率的理论参数模型.利用基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置,通过精确测量Fabry-Perot腔内激光的谐振频率变化,获得气体折射率和气体压力,在10^(5) Pa时,折射率相对测量不确定度为1.8×10^(-11),气体压力相对不确定度为4.4×10^(-6).对比分析基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置与电容薄膜真空计获得的测量压力,结果表明基于Fabry-Perot腔的光学真空测量方法具有较高的稳定性和准确性.

FP腔腔长的测量新方法

ＦＰ腔是ＷＤＭ光纤通信系统中用于波长控制和解调的关键器件。为了进行匹配系统的设计以及计算已制成腔的自由谱区，准确测定腔长是必不可少的工作，但是由于ＦＰ腔的具体结构，测定腔长无法用直接的方法进行。本文通过谐振腔的谐振特性分析，推导出一种测量腔长的新方案。

一种基于宽频光源和FP腔滤波的CO2检测系统

介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot,FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统,结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发,阐述了该系统的基本工作原理,使用HITRAN数据库模拟大气环境,设计系统参数,确定系统工作波段为1.57μm,光源为L波段超辐射LED光源(Super LED,SLED),能量波动值Rip为50dB,输出功率为24.51mW,接收端滤波器为光纤FP腔滤波器,工作中心波长为1.55μm,带宽为60nm,通道间隔为50GHz,设计系统探测误差为2×10-6。

基于Fabry-Perot光学干涉腔的真空计量装置研究进展

随着国际单位制向量子化转变,基于光学方法的真空计量技术成为该领域的研究热点,最具代表性的是基于Fabry-Perot光学干涉腔的真空计量方法。介绍了该方法的测量原理,并对以美国NIST、瑞典Umeå和日本AIST等为代表的计量机构的研究进展进行了简要概述。介绍了本课题组研制的1台基于Fabry-Perot光学腔的真空计量装置的结构组成,给出了干涉腔精细度、温度稳定性和激光频率稳定性测试结果,表明,基于Fabry-Perot光学干涉腔的真空计量方法具有高灵敏度和可靠性,可有效促进我国真空计量技术向量子化转变,具有良好的应用前景。