激光在测定液体表面张力系数及折射率中的应用

实验发现 :激光束照射在振动的液面上 ,表面波对入射光可产生衍射 ;用扩束后的激光束入射在插入细针的液面区 ,其反射光场中心分布近似为一暗椭圆形。以上两种实验现象机理 ,可用于液体表面张力系数的测定。激光经小孔透射样品池中的液体介质 ,在液体上表面发生遮光效应 ,根据其机理 ,建立了一种测量液体折射率的新方法     

海水盐度光学检测技术研究进展

在一定温度条件下,海水的盐度与其折射率之间存在线性对应的关系,因此通过测量海水折射率可以推算出其盐度.详细介绍了几种利用光学方法测量液体折射率,从而间接检测海水盐度的技术,主要包括光纤光栅传感检测法、表面等离子波检测技术和利用几何光路折变计算折射率的检测技术,重点分析了各种方案的传感器结构、工作原理、影响测量精确度的因素,以及在实际应用中存在的问题,最后对光学技术在海水盐度实时检测中的可行性进行了展望.     

一种基于菲涅耳原理的光纤盐度测量方法

为了测量不同盐度条件下的海水折射率的变化,进而得到海水的盐度,提出了一种应用菲涅耳定理设计的光纤盐度测量方法。介绍了测量原理和初步的实验结果。该方法简单、快速、准确度及灵敏度高。结果表明,此方法在测量盐度时分辨率好于0.4%,可应用于海水盐度的实时监测等场合;理论上可以测量任何气体、液体和固体的浓度(折射率),适用于工业在线监测物质的浓度(折射率)。     

基于SPR光谱分析的液体折射率计

为了更好地测量液体折射率，提出了一种基于表面等离子共振波长测量液体折射率的方法，采用Kretschman结构建立了模型，进行了软件仿真，并搭建实验平台进行了实验研究，分析了实验和理论之间的误差来源。结果表明，当折射率在1.33RIU~1.36RIU的范围内变化时，表面等离子共振吸收峰随液体样品折射率的变化产生了频移，其灵敏度可达4808.94nm/RIU。该方法可以准确测量液体的折射率，且系统结构简单，具有较高的灵敏度。     

少模光子晶体光纤的模间干涉及传感研究

以折射率引导的光子晶体光纤模间干涉效应为基础,针对光子晶体光纤中多模干涉效应进行了实验研究,完成了不填充与完全填充时的仿真分析与测试,实验得到了模间干涉图样的漂移情况对比。以完全填充及选择性填充匹配液为研究方式,探讨了其在温度传感领域的应用。     

基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

空芯光纤多模干涉型光纤液位传感技术研究

为了测量液位高度变化,采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法,研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化,进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验,研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响,并分析了实验误差。结果表明,该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时,液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。     

基于45°倾斜光栅对实现折射率不敏感的温度测量

利用光栅效应和保偏光纤的双折射效应相消原理, 设 计并制备了一种折射率不敏感温度 传感器。传感器由写在熊猫保偏光纤(PMF)上的倾角为45°的长周期光纤光栅(LPFG)对构 成。实验结果表明,当满足特定条件时随着环境折射率的变化,谐振波长零漂移;随 着环境温度的升高,谐振波长向长波方向漂移,温度灵敏度高达37p m/℃,高于报道的 螺旋型折射率调制级联光栅对(温度灵敏度为30pm/℃),三倍于Br agg光栅的温度灵 敏度(10pm/℃)。这种结构具有的折射率不敏感性,特别适用于生 产过程中液体的温度测量,而不必考虑折射率和温度的交叉敏感性。     

海水折射率对差分激光三角法油膜厚度测量精度的影响

针对海水折射率变化引起差分激光三角法溢油油膜厚度测量系统结果误差增大的问题,理论分析了海水折射率变化对厚度测量值的影响机理,研究了折射率变化与测量结果误差大小的关系。提出了基于二维曲面拟合的误差补偿方法。该方法通过采集不同厚度、不同折射率下的厚度测量值,利用二次多项式曲面拟合建立测量误差、厚度测量值和折射率之间的函数关系,根据测量值和折射率值,就可得到误差补偿值,进而实现对测量结果的补偿。通过对不同折射率、不同厚度陶瓷量块的补偿实验,结果表明补偿后的厚度测量值更接近真值,测量结果的误差显著降低。     

基于光外差的高精度海水折射率传感器研究EI北大核心CSCD

海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用,但对于海洋气候和海水流场监测领域,现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此,文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器,分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响,研制了高精度海水折射率传感器样机,其采样频率为24 kHz,折射率变化量测量值的标准偏差为1.5848×10^(-8)RIU,该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。     

激光探测表面波信息

实验上建立了测量液体表面波振幅的激光检测系统。实验中CCD每隔0．0625s采集一次图样。利用计算机软件扫描、分析采集到的图样,求出了液体表面波的振幅。对于一定深度的液体,研究了液体表面波上升时的动态过程,结果表明,表面波上升过程中其振幅随时间呈指数规律增大,计算得到上升系数。     

基于光纤位移测量的透明液体折射率测量方法

本文提出了一种基于光纤位移测量的液体折射率测量方法。首先,采用激光干涉法设计了 液体折射率测量的光学系统,并基于激光散斑消除理论,设计了针孔滤波器合理消除散斑, 提高了系统的抗干扰能力;其次,对测量系统中的位移测量方法进行分析和研究,提出了 一种光纤式位移测量方法,并设计应用反射式光纤位移传感器,取消传统的条纹计数,实 现了位移的高精度测量,其测量分辨力可达微米级;再次,采用机械位移驱动系统,驱动 光学系统元件移动来实现光程差的自动变化,其驱动分辨力可达纳米级;最后,搭建液体 折射率总体测量演示验证系统,以纯水、溶液为实验对象,其所需待测样品的容量少 于0.001ml。实验结果表明:纯水折射率 的测量精度可达1.5×10－3, 溶液折射率测量精度可达2.1×10－3,表明该测量方法可实现液体折射率的非接触、高精度 、智能测量。     

光纤干涉法测量液体折射率随温度变化率

待测液体充入空心石英光纤中,构成多模光纤。采用双光纤干涉方法,测量了液体折射率随温度变化率,获得了较高的测量精度。     

基于显微数字全息的生物薄膜折射率的测量

提出了一种基于显微数字全息相位重构图像的生物薄膜折射率的简便测量方法。利用角谱法对生物薄膜的显微数字全息图像进行重构,得到其复振幅分布,从中获得激光通过生物薄膜后的相位变化与薄膜厚度、薄膜中液体的折射率及薄膜折射率间的定量关系。通过等厚干涉和阿贝折射仪测得膜的厚度与液体的折射率,再从定量的相位变化中获得生物薄膜的折射率。以洋葱内表皮细胞层折射率的测量为例,进行了相应的实验验证,得到了波长为632.8nm下的折射率。理论与实验均表明,该方法是有效和切实可行的。     

热光效应的微流体光波导结构分析

提出了一种基于微流控芯片由热光效应引起的微流体光波导结构。光波导芯层及覆层材料均为微通道中同种不同温度的液体。在微通道的上下面分别设计金属铜电极,在电极两端施加电压,对通道内液体加热。通过液体热传导,使得接近沟道壁边缘层与沟道中间层之间产生由高到低的温度分布。根据液体热光效应,液体在不同温度下折射率不同,沿着通道壁边缘层到通道中间层之间折射率由低到高,实现折射率渐变型平面光波导。电极两端所施加的电压大小及加热时间长短控制微沟道内温度高低,温度的高低决定了液体折射率分布,从而调节光波导实现单/多模传输。这种可调谐光波导结构可望在微流控光学器件中得到应用。     

飞秒激光制备光纤微孔传感器

为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,采用飞秒激光水辅助微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器.研究了传感器的传输损耗与孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度对传感器性能的影响.结果表明,该传感器在折射率1.333～1.413区间具有良好的线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰.该传感器具有结构紧凑、制备简单、高灵敏度、温度不敏感和低成本等优点,在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景.     

增敏型级联双参量测量的光纤传感器北大核心CSCD

旨在有效解决液体折射率检测中温度和折射率交叉敏感的问题,研制了一种增敏型光纤光栅(FBG)级联马赫-曾德尔(M-Z)结构的温度、折射率双参量测量的光纤传感器。通过多次熔接实验,调节相应参数将单模光纤(SMF)和薄芯光纤(TCF)进行拉锥熔接;然后在TCF的另一端熔接无心光纤(NCF),制备出M-Z光纤干涉仪;再在NCF末端级联上铝制毛细管增敏封装后的光纤光栅(FBG),最终完成双参量测量的光纤传感器的制备。根据M-Z干涉原理及FBG模式理论,计算了增敏FBG理论的温度灵敏度,给出了传感器的灵敏度系数矩阵与温度、折射率与透射谱的波长漂移量的理论公式。搭建了温度、折射率传感测试系统,实验结果表明:在15~85℃温度范围内,随着温度增加,该传感器的透射谱逐渐红移,封装后的FBG和M-Z结构的温度与波长偏移量线性相关系数分别为0.96323和0.91577,温度灵敏度分别为33.71 pm/℃和11.58 pm/℃;在室温下(25℃),液体折射率在1.333RIU~1.34235RIU范围内,随着折射率增加,FBG透射谱不发生偏移,M-Z透射谱逐渐蓝移,折射率与波长偏移量线性相关系数分别为0和0.98761,折射率灵敏度分别为0 nm/RIU和-493.51322 nm/RIU。该传感器可以有效提高温度、折射率的检测精度和灵敏度,可应用于环境、生物、石油化工和食品生产等领域。     

基于等厚干涉原理的液体折射率测量方法

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合,提出了一种对透明液体折射率进行自动测量的新方法.利用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极大值序号之间的线性关系进行拟合,进而由拟合系数与待测液体折射率之间的关系计算出液体的折射率.为了在测量中获得理想的干涉条纹图,对影响干涉条纹图像质量的主要因素进行了详细分析,并给出了具体的背景光消除方法.实验以水为测量对象,测量结果表明,新的测量方法是可行的,测量结果的相对误差为0.09%,另外,新的背景光消除方法,对其他光学实验中如何获得清晰的干涉条纹,也具有一定的参考价值.     

基于空芯光子晶体光纤的F-P干涉式折射率计

提出了一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)的Fabry-Perot(F-P)干涉式高灵敏度折射率计。利用被测液体进入F-P腔后可改变腔内介质的折射率,从而使得干涉光光程差发生变化这一特点,通过检测光程差的变化就可实现对液体折射率的测量。实验结果表明,对折射率在1.3340～1.3612内变化的不同浓度酒精溶液测量时,光程差变化了9.508μm,其折射率测量灵敏度可达187μm/RI