高稳定的光纤3×3耦合器干涉位移测量系统

利用光纤3×3耦合器和光纤光栅(FBG),构成能有效补偿环境干扰的光纤干涉位移测量系统。测量系统含干涉臂几乎重合的两个光纤迈克尔逊干涉仪,其中一个通过反馈环节补偿环境干扰的影响,实现对测量系统的稳定,使系统适合于在线测量;另一个用于完成测量工作。利用零差干涉相位测量技术对位移进行测量,测量结果的线性相关系数达0.999。     

1阶反馈稳定光纤3×3耦合器干涉测量系统

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统.利用光纤光栅作为反射镜,两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路.其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响,实现对该测量系统的稳定;另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作.结果表明,1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿,使得该测量系统适合于在线精密测量.     

1阶反馈稳定光纤3×3耦合器干涉测量系统

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统。利用光纤光栅作为反射镜,两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响,实现对该测量系统的稳定;另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作。结果表明,1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿,使得该测量系统适合于在线精密测量。     

光纤干涉测量零位系统的设计

介绍了一种干涉测量系统中零位点的确定及信号处理的方法，它采用编码光栅，利用光电转换技术，获得高精度的定位信号，同时对光栅编码进行了计算机仿真。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

光栅干涉位移测量技术发展综述

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理,阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想,在单光栅测量系统的基础上,提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法,并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。     

基于光纤F-P干涉波长的溶液浓度测量系统研究

为了消除光源强度波动对测量结果的影响，根据溶液浓度与其折射率的关系和光纤法布里珀罗(F—P)干涉仪透射光谱中心波长与干涉仪腔内介质折射率之间的关系，利用其透射光谱的中心波长进行透明溶液浓度的精确测量，开发出测量实验系统。采用可调光学滤波器对传感信号进行采集。对浓度为5％～80％的酒精进行了实际测量实验，浓度最大测量偏差为0．003％。该系统具有如下特点：1)与CCD测量技术相比，采用法布里-珀罗干涉系统透射光谱的波长信号进行溶液浓度测量，可实现连续大范围、高精度测量；2)消除了光源波动对测量结果的影响，可实现连续高精度测量，且测量范围宽；3)直接利用光电探测器PIN进行传感信号的检测，使系统计算简单；4)便于实现分布式遥测系统；5)直接拟合出F—P干涉波长与溶液浓度之间的关系，使其更适合于工程实际的应用。     

微机械运动的光纤干涉测量

文中介绍一种无接触测量机械部件微运动情况的光纤Michelson干涉测量方法的原理、实验装置和实验结果。根据计算和实验研究，对应不同的样品反射率提出了两种不同的实验装置方案。该实验装置已初步在微电子机械系统的研究中发挥作用。     

光纤F-P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。     

大量程光纤干涉测距中的三级量程倍增技术

利用光纤准白光干涉原理,引入光学倍增、光纤组倍增及光开关倍增的三级级联结构,采用200mm短扫描导轨达到了大于12m的绝对测距,并利用系统自身特点巧妙地对倍增光纤组及光开关的光纤光程差进行自标定,实现了光波长基准的传递;对精度作了简要分析。实验结果表明：该系统长时间重复性精度优于1μm,测量的相对精度优于10^-5。     

基于光纤双波干涉的台阶高度在线高精度测量研究

提出一种基于双波干涉的台阶高度光纤在线干涉测量系统。利用光纤光栅(FBG)只反射布拉格波长的特性,使两个波长同时并独立地工作于同一个光纤干涉测量系统中,每个波长的干涉信号分别并同时被探测,将测量量程扩大为半合成波波长。利用反馈电路补偿环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,使光纤干涉测量系统适合于在线测量。本光纤干涉测量系统可测量的最大台阶高度达1mm,测量分辨率小于1nm。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的微位移测量

光反馈自混合干涉技术是一种新出现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行位移的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的方法,从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验,结果验证了这种三角波调制外反射体在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明,对于3μm以下的位移,该算法位移测量相对误差约为1.20%。     

双折射晶体厚度干涉测量技术的研究

为了能精确测量出晶体厚度,利用晶体的双折射特性,采用剪切干涉法来测量双折射晶体的厚度,从理论上推导出其实现的可行性,并结合实验验证了测量系统的具体实现过程及计算厚度的算法.结果表明,该方法可用来测量厚度为厘米量级的双折射晶体的厚度,测量的均方根误差小于20nm.     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法.仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差.这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助.     

白光干涉技术在球轴承测量中的应用

为了实现球轴承中球体在制造加工中快速准确的测量，采用白光干涉技术、图像处理技术和信号处理技术组建了一整套的基于迈克尔逊干涉仪的测量系统。对白光干涉技术进行了理论分析，对轴承球体进行了光学球面半径的高精度测量和粗糙度测量，取得了光洁度图像和曲率半径图像。在大量实验论证的基础上经过处理和计算得到了精确的计算数据，光洁度分辨率可达到纳米量级，曲率也可以计算到微米量级。结果表明，利用此技术可以对球面进行快速精确的测量，提高了加工质量和检测速度。     

一种新的半导体激光器线宽展宽因数测量算法

在外腔波动情况下,根据光反馈自混合干涉系统不同反馈机制下的干涉信号特征,设计了由一个周期内信号特征点在靠近振动中心位置的下条纹中相对应的映射点位置测量线宽展宽因数的算法。通过仿真和实验验证：与以往算法相比,本文设计的算法不受光反馈水平机制的限制。线宽展宽因数的精确测量对于半导体激光器性能的研究与应用具有重要意义。     

基于法布里-珀罗低相干干涉的绝对距离测量系统

提出了一种基于光纤法布里-珀罗低相干干涉的 绝对距离测量系统,不仅能对绝对距离进行测 量,而且还能对温度、压力、应力等量进行绝对测量。系统利用闪耀光栅将来自法布里-珀 罗干涉仪的低相 干干涉信号进行散射,使不同波长的干涉信号由线阵CCD 不同的像元探测。利用CCD探测到 的干涉信号 相邻波谷的波数差得到法布里-珀罗干涉仪的腔长,从而实现绝对距离测量。与其它低相干 干涉测量系统相 比,此系统无需扫描干涉仪的光程,一次成像即实现测量。测量系统简单,测量速度快,对 静态物理量和 动态物理量都能进行测量。系统的光纤结构使得它还能进行远程测量。实验结果表明系统对 绝对距离测量的分辨率可达3.317 nm,10次重 复测量的标准差为10.7 nm。     

利用自相位调制效应测量微结构光纤的非线性系数

报道了利用光纤中的自相位调制(SPM)效应对微结构光纤的非线性系数进行测量的实验.实验中采用半导体激光器作为脉冲光源,输出宽度为1.6 ps的双曲正割型脉冲,经掺铒光纤放大器(EDFA)放大后进入80 m的色散平坦微结构光纤,由于自相位调制效应,出射光谱得到展宽.通过测量输入微结构光纤的脉冲峰值功率和输出光谱,可以计算得到微结构光纤的非线性系数.该测量方法简单、准确,实验测量值与光纤的标称值误差小于1%.     

光纤布喇格光栅海水温度深度检测系统研究

海水的温度、深度是其重要的物理参量,为了更安全、准确地监测海水的温度和深度,针对目前海洋温度和深度检测大都采用电信号检测,探头在水中安全性欠佳的不足,利用光纤光栅传感探头为全光学器件、水中安全可靠、易于组成传感器网络进行剖面检测的优点,提出一种基于光纤光栅的海水温度、深度检测系统,阐述了其检测原理,进行了系统及传感探头的设计和研制。结果表明,传感器温度和深度检测的线性度很好,达到0.9999,为海水温度深度检测提供了一种新途径。