三分量光波导加速度传感器中双M-Z干涉仪结构设计

为了实现强电磁场环境下的三维地震高精度勘探,提出了一种新型的三分量光波导加速度传感器.对三分量光波导加速度传感器的双M-Z光波导干涉仪进行了研究和优化设计.用有效折射率法(EIM)分析了Ti:LiNbO3波导的单模传输并设计了单模波导.双M-Z光波导干涉仪的Y分支设计采用反正弦S型弯曲,并用有限差分光束传播法(FD-BPM)对干涉仪中光传输进行了理论分析和模拟计算,实验与理论分析吻合.对成功制作的双M-Z干涉芯片进行了测试.实验结果表明,干涉芯片性能良好.     

基于M-Z干涉原理的定位式光纤振动传感器

文章基于M-Z(Mach-Zehnder)干涉原理,提出了一种新型光纤振动传感器方案,该传感器能判断振动事件发生的位置.仿真分析研究了该定位式传感器的信号处理技术,通过增大信号的带宽、延长信号的持续时间、增大信噪比和改善定位算法,实现了较好的定位性能,验证了该定位式光纤振动传感器方案的可行性.     

长距离双M-Z干涉型振动传感器实时定位算法研究

提出了一种基于离散小波预处理的长距离双Mach-Zehnder(M-Z)干涉型振动传感器实时定位算法。在进行互相关时延估计前,首先利用离散小波分解寻找振动起始点,并提取出有效数据域,在显著提高运算速度的同时,有效降低了各类相干噪声和干扰引入的定位误差。利用总长30.498km的普通室外光缆进行了现场实验,结果表明,算法在2MHz采样率情况下达到了50m的定位精度,定位时间不超过1s。     

集成光学迈克尔逊干涉型加速度地震检波器

为了提高地震检波器的检测灵敏度,增强其性能可靠性,使其体积微型化,利用集成光学原理设计研制了迈克尔逊干涉芯片,并与光纤-质量块简谐振子、光源、光电探测器制成迈克尔逊干涉型加速度地震检波器,检波器具有灵敏度高、频带宽、重量轻、抗电磁干扰等优点,设计参数相位检测灵敏度Δ/a 为1 1×10-2 rad/(m s-2),测试结果表明,在工作频带0~1065 Hz内,振动与检波器输出信号吻合良好,达到设计要求.     

分布式干涉型光纤振动传感器实验研究

为实现无电磁干扰的小区周界安全检测,开发出了一种新型的分布式干涉型光纤振动传感器,基于MZ光纤干涉型传感光路,采用干涉法检测光缆振动,构成小区光纤周界检测传感器,当传感光纤受到外界入侵扰动时,接收到的干涉条纹会产生明显的变化,从而给出周界安全预警。并分别以频率14.6678Hz和20.2012Hz的三角波作为调制信号进行了实验研究,结果显示,干涉型扰动探测系统非常灵敏,只要光缆有轻微的触动,波形就会有明显的改变,很容易区分有无外界的扰动发生,对安全防范意义重大。     

聚酰亚胺多模干涉器结构的加速度传感器

研究了一种基于多模干涉器结构的聚合物波导加速度传感器。根据多模干涉器的自映像原理,输入光场受到加速度作用与干涉区产生相对位移,各模式激励系数发生改变,导致输出场强的变化,从而测得加速度。加速度传感器的悬臂梁形变通过有限元方法进行仿真分析,多模干涉器的光传输性能通过束传播法仿真分析,优化了结构和光学性能。     

M-Z型硅基ARROW压力传感器设计

分析了M-Z型硅基ARROW压力传感器的结构设计参数，并用计算机软件ANSYS对如下参数进行有限元方法(FEM)研究，模拟了硅弹性膜片应力分布，确定了弹性膜边缘是传感臂具有高灵敏度的理想位置，并据此计算出由光弹性效应引起传感臂相位变化及其与压力的之间线性关系。     

双M-Z型光纤微振动传感器光波随机偏振分析

对应用于分布式微振动传感的双M-Z型光纤传感器进行偏振分析,阐明光波偏振态随机变化导致时间差振动定位方法失效的原因。分析表明,光波偏振态随机变化引起两干涉输出的幅值波动,同时在两干涉输出间引入取值范围是-π~π的相位差,可使双M-Z型光纤传感器处于两个不同的工作点,造成同一相位调制产生两个不相关的干涉输出,导致基于信号相关的时间差振动定位方法失效。光路实验验证了理论分析的结果。     

基于M-Z干涉原理双折射率测量光路的Matlab仿真研究

为了能在实际生产中简单方便、高精度测量平面光波导回路的双折射率,提出了一种在平面光波导上集成马赫曾德干涉光路的方法测量双折射率。横电模光波和横磁模光波在马赫曾德干涉光路中存在一定双折射现象,导致两出射光在同一干涉级M产生波长漂移Δλ,结合光路两支路相对长度即可计算出双折射率B。仿真结果表明,某一特定波段的测量精度和两支路的相对长度ΔL有密切相关;选取110μm作为ΔL的值在1550波段的测量,测量精度可以达到10^-5。     

迈克尔逊干涉型加速度地震检波器集成芯片

提出了一种新型的迈克尔逊干涉型混合集成光学加速度地震检波器。以尺寸为38mm×6mm×2mm的X切Y传LiNbO3晶体为基底,详细分析并设计了迈克尔逊干涉芯片的双Y分支波导、相位调制器和偏振器。对成功制作的迈克尔逊干涉芯片进行了通光测试,并对检测器进行了测试。结果表明,检波器及芯片性能良好,振动与检波器输出信号吻合良好。该检波器系统的主要设计参数为:自然频率3549Hz,相位检测灵敏度ΔΦ/a为1.1×10-2rad/m/s2,工作频带0～1065Hz。     

一种光强差分调制MOEMS加速度计

针对传统微光机电系统(MOEMS)光学加速度传感器结构复杂、信号解算繁琐等缺点,该文设计了一种基于绝缘衬底上的硅(SOI)片上工艺的,光强差分测量加速度的MOEMS加速度计。该传感器的主要光强调制部件为90°V型镜,在V型镜的对应位置上集成3个光纤通道,入射光经V型镜反射后进入2条输出光纤通道。加速度信号由进入2条光纤通道的光强差检测。器件的所有部分集成在单一的SOI晶圆片上,由一次深刻蚀工艺制造。与传统传感器比较,具有工艺简单、抗电磁干扰和有效抑制共模信号等优势。加速度计的性能指标:微机械灵敏度为0.077 7μm/g(g=9.8m/s~2),谐振频率为1.79kHz,传感器灵敏度为5.46mV/g。     

微光机电加速度计的研究现状及发展(英文)

对目前正成为研究热点的微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点进行分析,总结了MOEMS加速度计的分类和发展趋势。针对微-纳光栅加速度计,分析了基于干涉效应的微米光栅加速度计和基于亚波长结构有效折射率变化的纳米光栅加速度计的结构和原理,其精度可达ng,并成功应用到地震监测中。重点分析了基于聚合物的新型光波导加速度计的结构和性能。微环谐振式加速度计测量精度高,性能可"裁剪",但长期稳定性是制约其应用的主要问题。光力加速度计利用原子进行加速度测量,克服了传统悬臂梁结构长期稳定性差的缺点,具有极高的测量精度。对这几种加速度计的技术特点和主要指标进行比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。     

基于喇曼-奈斯衍射的MOEMS加速度计的设计与工艺实验

本文主要设计了一种新型的基于喇曼奈斯声光衍射的微光机电加速度计。它主要由一个声光移频器与一系列光波导构成。文章首先对器件的基础理论与基本原理做了简要的介绍。然后设计了一种基于弯曲板波的延迟线振荡器做为声光移频器,其克莱因-考克参数为0.38。设计了厚度2微米,宽度0.6微米的单模光波导用于光的传输,同时还设计了波导偏振器以保证波导内的光具有相同的偏振方向。接着,基于前文的设计,文中提出了基于硅工艺的器件加工方案与流程,并详细讨论了加工流程中存在的难点与问题。最后针对提出的难点与问题进行了一系列的工艺实验,找到了解决难点和问题并复合设计要求的工艺条件与参数,实验结果表面本文提出的器件的设计与加工是可靠可行的。     

基于片上工艺的MOEMS光强差分测量加速度计研究

论证了一种基于SOI片上工艺的,通过光强差分测量加速度的微光机电系统（MOEMS）加速度计。器件主要结构为较大悬浮质量块对称两端加工出两面V型反射镜。系统整个微机械结构在细直弹性梁支撑下,因受惯性力作用V型镜发生位移改变,从而将引入系统中的光信号进行差分反射。最后,通过外部光电探测器测量出各通路光纤的光强信号来测算加速度值。片上微加工所得的器件经实验测量得到了：7.77×10-2 μm的结构灵敏度,1.38 kHz谐振频率,3.73 mV/g器件灵敏度和0.987的线性度。     

LiNbO3 M-Z干涉仪式强度调制器电极设计研究

介绍了LiNbO3 M-Z干涉仪式强度调制器共面波导(对称三电极结构)行波电极的电极宽度、电极间隙、电极厚度以及电极长度的优化设计.     

基于并联结构的M-Z型可重构光分插复用器

研究了一种具有模块化结构与升级能力的可重构光分插复用器(ROADM).每个模块由基于光纤布拉格光栅(FBG)的M-Z干涉仪(MZI)、1×2的光开关和Y型合波器构成.通过调整各模块中的光开关,该ROADM能够在1个下载端和上载端分别同时下路和上路任意单波长信号或多波长复用信号.设计并分析了4级并联的梯状式ROADM,由传输矩阵导出各种波长下载状态的路由控制表.实验结果表明,该ROADM能够减小输出功率不均衡的问题,在直通、下载和上载3种状态下的平均插入损耗均小于3 dB,信号间的隔离度大于20 dB.     

单轴加速度计信息采集系统设计

为了实现对惯导系统中加速度计信号的采集,本文提出了一种新的单轴加速度计信息采集方案。该方案是将加速度计输出的电流信号通过采样电阻转化成电压信号,再由高精度A/D芯片进行模/数转换,在小电流情况下,运用切换采样电阻值的方式将小电流信号转换成大电压信号,从而充分利用了A/D芯片的量程,提高了加速度计信息采集精度。实验证明,该方法可以提高信号的采集精度,使得在小电流情况下加速度精度达到±1×10^-5g以内,满足了惯性导航系统的要求。     

单片集成的压阻式加速度计设计及加工

针对现实环境下加速度方向多维测试的需求,提出了一种"四边八梁"的MEMS低加速度g(g=9.8m/s2)值压阻式三轴加速度传感器。根据其工作原理进行结构设计,并通过ANSYS与Matlab软件分析、优化结构参数。设计工艺流程并进行离子注入、ICP干法刻蚀及深硅刻蚀等关键工艺加工,最终实现传感器器件加工及封装。利用精密离心机测得传感器3个轴向的的灵敏度分别为44.35μV/g、49.52μV/g、232.89μV/g,验证了设计方案可行性。     

单芯片加速度计陀螺仪结构设计与分析

提出了一种单质量块单轴集成加速度计陀螺仪(AG)结构,并利用力学、电磁学等原理对该结构进行了结构的设计与分析;同时运用计算机辅助软件对其进行了建模和仿真;依据所提指标,确定了加速度计陀螺仪各项尺寸.借助原理和仿真分析可以知道,该加速度计陀螺仪(AG)单轴敏感同一方向线加速度和角速度,结构简单、合理,在现有加工水平下实现了可加工性;该结构驱动方向和线速度和角速度检测方向相互交叉耦小,同时简化了后续处理电路.研究结果为加速度计陀螺仪的进一步研究提供了依据.