基于F-P腔的光纤MEMS压力传感器

为了满足航天、工业等领域对微型压力传感器的需求,提出了一种基于非本征型法布里-珀罗腔的光纤MEMS压力传感器。该传感器的传感头由硅片、Pyrex7740玻璃经阳极键合制作而成,传感头与光纤准直器采用紫外胶粘合。法布里-珀罗腔的长度随加载压力的增大呈线性减小趋势,从而引起干涉光谱的变化,采用白光干涉解调方法获得法布里-珀罗腔的长度。实验测试结果表明该传感器在0～1 MPa测量范围内压力-腔长灵敏度为5. 14μm/MPa,线性度达到0. 999;在传感器使用范围0～80℃内,温度灵敏度为2. 6 nm/℃。     

亚波长导模共振滤波器的研究概况

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。     

双重滤波扫频光源的研制

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分,其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中,这两者相互制约。针对这一情况,提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质,将声光可调滤波器(AOTF)和法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽,FFP-TF与之相反,经同步匹配设置后,两者协调工作,能够发挥各自的优势。通过搭建系统,获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出,其光谱是1 235～1 380 nm,调谐范围是145 nm,瞬时线宽小于0.02 nm,扫频速度为1.35 kHz,输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷,实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一,对成像综合性能的优化具有重要意义。     

新型法布里-珀罗(Fabry-Pérot)腔传感结构

应用化学腐蚀和熔接技术对光纤端面进行腐蚀与熔接的方法,构建法布里-珀罗(F-P)腔,根据法布里-珀罗腔的干涉原理设计光纤传感结构,并应用紫外交联法在传感头固定化生物物质RNA,通过观测固定化前后端面SEM图像的对比与F-P腔干涉图谱的相位偏移,得出光纤端面RNA的固定化情况.     

新型法布里-珀罗（Fabry—Perot）腔传感结构

应用化学腐蚀和熔接技术对光纤端面进行腐蚀与熔接的方法,构建法布里-珀罗（F-P）腔,根据法布里-珀罗腔的干涉原理设计光纤传感结构,并应用紫外交联法在传感头固定化生物物质RNA,通过观测固定化前后端面SEM图像的对比与F-P腔干涉图谱的相位偏移,得出光纤端面RNA的固定化隋况。     

全固态单纵模593.5 nm和频激光器

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出。采用单块Nd:YVO₄晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡。放入I类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%。在腔内加入400 μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出。实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法。     

新型光纤压力传感器

提出了一种基于非本征法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉腔的新型光纤压力传感器及解调方案.采用石英毛细管和端面镀膜的光纤制作F-P传感器,光源经过腔长受压力调制的F-P传感器选频后,用平面光栅和线阵CCD实现光波波长的解调.阐述了光纤F-P传感器的结构和原理,对其解调系统进行了设计分析,并进行了实验验证.系统结构简单,精度和可靠性高,实用性强.     

基于双包层大模场光纤的Fabry-Perot应变传感器

提出了一种通过化学腐蚀对双包层大模场光纤进行加工,并结合放电熔接工艺制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。将尺寸为20/125μm的双包层大模场光纤端面切平后在浓度为40%氢氟酸中浸泡20 min使光纤端面形成凹槽,再与端面切平的HI-1060光纤进行熔接,在熔接点处形成气泡,构成全光纤F-P腔结构,反射谱波长周期为9 nm,条纹对比度达到9. 55 dB。采用等强度梁对传感器的应变特性进行测试与分析,在0~350με范围内分别进行加载与卸载实验,波长灵敏度大于2. 88 pm/με,线性度高于0. 99。     

飞秒刻写光纤F P腔级联FBG传感特性研究

提出了一种飞秒刻写光纤法布里-珀罗(F-P)腔级联切趾布拉格光纤光栅(FBG)的微结构传感器并研究了该传感器的温度与应变传感特性。该微结构传感器光谱稳定性良好,监测时长2 h内FBG波长最大漂移量为0.009 nm,功率最大漂移量为0.015 d B,F-P腔波长最大漂移量为0.018 nm,功率最大漂移量为0.072 d B。当应变由0με增至450με再减回0με时,该微传感器FBG特征峰先右移再左移,波长变化0.530 4 nm,应变灵敏度约1.17 pm/με,线性度高于0.99;光纤F-P腔特征谷波长变化0.491 1 nm,应变灵敏度约1.10 pm/με,线性度高于0.90。当温度由50℃升至200℃再降回50℃时,FBG特征峰先右移再左移,波长变化约1.418 nm,应变灵敏度约10.09 pm/℃,线性度高于0.95;光纤F-P腔特征谷波长变化约1.578 nm,应变灵敏度约10.53 pm/℃,线性度高于0.98。所提出的微结构传感器是解决单根光纤双参数测量的有效手段,同时对复杂环境下的多参数耦合测量与解耦也具有重要的参考价值。     

高精度干涉仪反射镜位置的控制

这里设计和试验成了一种控制干涉仪扫描的系统。通过使用一个辅助的法布里——珀罗干涉仪,将振动反射镜的平均位置控制在5×10~(-5)波长范围内。     

Narrow linewidth tunable external cavity diode laser using wide bandwidth filter

We demonstrate single mode operation of an external cavity diode laser (ECDL) employing an interference filter with multimode bandwidth for mode selection. A cateye reflector maximizes feedback efficiency and reduces susceptibility to intra-cavity optical misalignment. Narrow linewidths of 26 kHz are observed, and the laser can be tuned over 14 nm using a single 785 nm filter, without alteration of the output beam direction. The cateye reflector and filter allow a mechanically rigid design free of significant mechanical resonances, illustrated by comparison of the frequency noise spectrum with that of a common Littrow ECDL design using a diffraction grating and kinematic mount.     

半导体环形光延时线的非线性传输特性研究

长链的串联谐振腔结构可构成慢光传输的光延时线色散补偿器件,能有效补偿光纤传输的色散,补偿光纤长距离传输造成的脉冲失真。从非线性薛定谔方程的数值解法出发,详细分析了长链微环谐振器的周期性波导结构的各种非线性效应。分析并得到了几个关键系数(二阶色散,三阶色散,非线性系数)对长链微环结构的影响,做出了工作模式分区图以及在不同光学参数下的长链微环谐振结构的传输特性。该分析方法对于半导体环形光延时线的结构设计以及性能优化具有一定的指导作用。     

Fiber optic pressure sensor based on a single-mode fiber F–P cavity

In this paper, we propose and experimentally demonstrate a pressure sensor based on birefringent single-mode fiber F–P cavity using optical heterodyne. The proof of concept device consists of a light source, a polarizer controller, a modulator, a RF generator, a single-mode fiber Fabry–Perot cavity, a strain inspector, an erbium doped fiber amplifier, a filter, a polarizer, an optical spectrum analyzer, and a digital communication analyzer. The dynamic range of the proposed sensor is explored. The results demonstrate the new concept of fiber pressure sensors and the technical feasibility for pressure measurements.     

光镊系统随机漂移建模和误差补偿

针对光镊系统本身噪声对测量精度的影响,提出了一种光镊系统随机漂移误差的有效补偿方法。首先,介绍了时间序列分析法和卡尔曼滤波技术,基于时间序列分析法建立了光镊的随机漂移误差模型;然后,用基于时间序列模型的卡尔曼滤波方法来减小该漂移误差。采用提出的方法对光镊设备实测数据的误差进行了补偿,结果表明：数据的误差方差由补偿前的188.90 nm²减小为8.41 nm²。计算补偿前后的艾伦方差可知,系统在平均时间为1 s时可使最小位移误差从 0.7 nm降低到0.1 nm。得到的结果显示：提出的滤波方法有效地抑制了光镊系统的漂移误差,将其用于双光镊对准可提高捕获光和探测光的对准精度,进而提高光镊系统的性能指标。     

Determination of hexavalent chromium with a high-performance optical microring resonator

An optical microring resonator model that allows for the measurement of low concentrations of hexavalent chromium was numerically investigated with the finite element method. The optical microring resonator based on whispering gallery modes was optimized in terms of microring radius, microring width, and gap distance. Thus, the optimization of these geometric parameters has been illustrated. A free spectral range of 3.2?nm, full width at half maximum of 0.10?nm, quality factor of 5,485, and finesse of 31.66 make the high-performance device suitable for the measurement of hexavalent chromium. The reduction in optical intensity at the resonance wavelength of 542?nm strongly depends on the imaginary part of the refractive index. The excellent performance of the sensor clearly showed a linear trend of optical intensity with increasing concentration of hexavalent chromium.     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

分光测色仪中的光谱仪系统

根据分光测色仪的应用需要,对分光系统、光电接收系统及相关电路组成的光谱仪进行了模块化设计,以方便仪器的整体设计、装调和测试。考虑分光测色仪是非成像光学仪器,故提出用光纤来连接各光学模块。根据应用需求提出了光谱仪的主要技术指标,所设计光谱仪很好地完成了球差和彗差的校正。分析了用滤光片消除二级衍射光谱的方法,解决了光纤和光谱仪数值孔径不匹配的问题。研制了光谱仪系统,其外形尺寸为130mm×90mm×45mm。实验测试显示,在狭缝宽度为50μm时,光谱仪各波段的光谱分辨率都可以达到2nm。对光谱仪进行了波长定标,定标精度小于0.2nm,整个工作波段占401个像元,满足1nm的波长输出间隔的设计要求。该光谱仪的可弯曲光纤和电子线路便于整机灵活布局与模块拆卸,同时方便单独测试。所述方法为分光测色仪的整机研制与测试打下了良好的基础。     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

输入图像尺寸和伸缩因子对二维Morlet子波变换的影响

简述了二维光学子波变换理论,用计算机模拟方法研究了伸缩因子对子波变换的影响,发现伸缩因子过大会使变换后的图像的边缘变模糊。得出了合适的伸缩因子值,用计算机模拟和光学实现方法研究了输入图像尺寸对子波变换的影响,实验结果与计算机模拟相一致,认为合适的输入图像尺寸应保证输入图像的频谱范围与子波匹配滤波器的频谱范围相一致,才能使二维Morlet子波变换提取清晰的图像边缘特征。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。