全光纤声光调制粗糙度相关测量技术研究

表面粗糙度对机件的性能有直接影响,为了实现对其高精度、高分辨力的非接触测量,提出了全光纤声光调制的粗糙度相关测量技术。应用外差激光多普勒测量原理,提高了测量的准确性。单模光纤作为传输介质并在测量系统中采用多种耦合技术,保证了传输的可靠性。通过理论推导,建立数学模型。对接收信号采取互相关函数累计减少误差的处理方法,提高了输出信噪比和测量精度,通过对比测量得到相对误差为0. 068 8%的测量结果,实现了纳米级测量。结果表明,系统的不确定度小于0. 1%,与传统的粗糙度测量方法相比,解决了诸多问题。     

电子调制的激光相干粗糙度测量技术研究

表面粗糙度对机械产品的使用性和可靠性有重要影响。为了实现远距离测量零件表面粗糙度,采用基于激光多普勒效应的电子直接调制激光的相干法进行了表面粗糙度测量。应用激光多普勒效应克服了工作距离的影响;使用电子直接调制提高了测量速率,降低了成本;采用相干法实现了交流锁相放大,有效控制了系统噪声。经过测量过程的统计误差控制、标定和比较可知,所设计的系统测量不确定度可达1‰。结果表明,该技术具有远距离测量且精度高的特点,对表面粗糙度的测量具有一定的指导意义。     

轴跳动激光相干测量技术研究

转轴的圆跳动对机床的加工性能具有重要影 响。为了满足实时在线的高精度测量需求,提出了一种新颖高效 的轴跳动激光相干测量技术。该技术采用稳定可靠的基于塞曼效应的He-Ne激光器作为 光源,具有灵敏度高、输出信噪比高、精 度高、探测目标作用距离远等优点。另外,通过光纤传输,其测量 灵活性和抗干扰性得到了进一步提高,可以满足实时在线的远距离测量需求。实验 结果表明,该系统的测量不确定度小于0.1%。     

光纤光栅声光调制特性分析

高频超声波在紫外写入的光纤布拉格光栅(FBG)上传播，产生的长周期超声光栅调制光纤光栅，形成光纤超声超结构光栅。利用模式耦合理论，分析了光纤超声超结构光栅的光谱特性，得出光纤超声超结构光栅的反射谱存在多个反射峰，其反射峰的波长间隔由超声波的频率决定。因此，可以通过改变超声波的频率，调节一阶反射谱的反射波长，从而实现宽调谐范围的快速波长可调滤波器。该滤波器与通常的声光可调滤波器相比，带宽更窄，调谐速度更快。     

声光调制CO_2激光放大器

本文叙述了CO_2激光的布喇格衍射型声光调制及放大装置。放大器输出已调制的10.6μm激光115w,最大调制频率200kHz。激光放大器的放大指数随输入功率上升而减小。     

基于声光调制的激光粗糙度测量技术研究

随着机械工件表面加工技术的日益提高,对高质量工件表面粗糙度进行实时、准确测量的需求越来越大。为了满足这一需求,该文提出了一种高精度,实时在线,非接触式测量的方法,建立了基于激光多普勒效应测量表面粗糙的数学模型。该模型中利用激光多普勒原理实现对纳米级微小位移的测量;采用声光调制的方法降低了系统噪声,提高了测量分辨力;通过光外差法的光路减小了外界干扰对测量精度的影响;信号处理过程中采用了高精度频率电压(f/V)转换电路和快速傅里叶变换(FFT)算法有效提高了系统的精度。实验结果表明,该系统用于工件表面粗糙度测量可行,且精度可达1‰。这表明该系统不仅可用来测量表面粗糙度,还可用来校准其他设备。     

光外调制—全光纤声光调制器的研制（上）

本文就高频全光纤声光调制器进行了研究,首先求解了光纤中的声光互作用;分析了声波对纤芯折射率的影响,以及由此导致的光波相位的变化;设计制作了一种表面声波器件并在实验中观察到声波对光波的调制现象。并对此现象进行理论分析表明确为相位调制作用。     

电子调制的激光相干转轴振动测量技术的研究

转轴振动的测量和监控是旋转机械故障分析和诊断的主要手段。为了实现便携式高精度的现场测量,提出了电子直接调制的激光多普勒相干转轴振动测量技术。通过对测量系统的分析,推导出数学模型。结果表明,直接调制激光束的频率,简化了测量光路,减小了体积,降低了成本;采用激光多普勒相干测量,达到高分辨率的要求;二次混频的设计,解决了电磁干扰下微弱信号不好直接处理的难题;取样积分技术的应用,改善了信噪比,使系统精确度更高;该系统的测量不确定度小于0.1%。这对智能化的现场测量具有一定指导意义。     

高精度梁式光纤多普勒压力测量技术的研究

为实现在恶劣环境下对微小压力变化量的测量,提出了一种基于外差多普勒原理的高精度梁式光纤压力测量系统。通过分析光纤压力测量系统中压力变化量、悬臂梁的形变量、多普勒频移、输出电压四者的关系,建立数学模型。采用差动多普勒测量原理,快速、准确地测量出悬臂梁的形变量,实现对纳米级微小位移的测量。将反射镜位置由悬臂梁中段移至其自由端位置,提高了测量的灵敏度。用光纤准直器代替传统传导光纤,光束的平行度更高,发散角度更小,提高了测量的精度。选用取样积分对有效信号进行提取,结合软件,实现从强噪声信号中提取微弱信号,改善了系统信噪比。实验结果表明,本文提出的光纤压力测量系统的不确定度可达到0.05%,可以实现对缓慢变化的微小压力值的测量,适用于石油、化工等领域。     

用全固体差分激光雷达系统测量污染物质

符合工业标准的激光雷达系统发掘出越来越多的工业应用。     

基于声光调制的逆向调制光通信系统研究

为了扩展自由空间光通信的应用领域,设计了一套稳定性好、实用性较强的逆向调制光通信系统。采用一种基于声光调制器、逆向光链路等核心元件的实验方法,利用现场可编程门阵列发出晶体管-晶体管逻辑门电平对声光调制器进行控制,采用二进制频移键控与二进制脉宽调制调制相结合的四进制调制方法,同时使用冗余校验置换、改进的汉明码等加密纠错方式,实现了室内逆向调制激光通信。结果表明,该通信系统的串口通信速率可达115.2kbit/s、高频载波达1MHz、且保密性良好、误比特率低于10-6,同时证明了激光外调制逆向通信系统载波最高可达到5MHz左右。     

飞秒激光制备波导型光合波器的数值模拟

为了对飞秒激光加工微纳米尺度波导器件的可行性进行分析,采用有限差分光束传输法对余弦型Y波导合波器的耦合夹角大小对合路光场的影响进行了仿真模拟,分析了光场强度、分支角度以及损耗等之间的关系,得到当耦合夹角为0.6rad时,输入光场相互隔离,附加损耗低至0.45dB,传输效率接近90%的结果。结果表明,在石英玻璃这种高损伤阈值的材料中利用飞秒激光直写制备光合波器件时,预先对加工的微纳器件进行仿真模拟,在微纳光子集成及微纳米光波导中具有很重要的意义。     

基于全光纤滤波技术的多波长掺铥光纤激光器

设计了一种基于马赫-曾德和光纤光栅滤波结构的掺铥光纤激光器,实现了2 μm波段多波长激光输出。马赫-曾德滤波器由2个3 dB耦合器构成,光纤光栅反射波长为1950.35 nm,滤波器的波长间隔为1.6 nm,激光器阈值为70m W。通过实验证明了采用马赫-曾德结合光纤光栅进行滤波能够有效提高波长稳定性,实验中通过调节偏振控制器能够实现稳定的单波长、双波长及三波长激光输出。1892.2 nm单波长激光的波长漂移和功率漂移分别小于0.6 nm和0.969 dB,边模抑制比为49.75 dB;1902.8 nm和1932.0 nm双波长激光的波长漂移均小于0.4 nm,功率漂移分别小于1.021 dB和2.583 dB;1895.7 nm、1902.5 nm和1931.9 nm三波长激光的波长漂移分别小于0.4 nm、0.3 nm和1.0 nm,功率漂移分别小于2.548 dB、1.441 dB和0.809 dB。输出激光3 dB 线宽均小于0.8 nm。     

声光式激光外差振动测量系统研制与实验研究

设计并搭建了一套声光移频式的激光外差振动测量系统,包括光路部分和信号处理部分,并对该振动测量系统进行了实验验证。实验结果表明,当频率在10~100 Hz、100~1000 Hz、1~10 kHz频段内时,其测量相对误差分别小于0.15%、0.07%和0.03%,并且相对误差随着频率的增加而减小;解调信号幅值随着驱动电压的增大而增大,显示出了很好的振幅响应特性。此外,对该系统在小型旋转机械故障监测中的应用进行了实验探究。对一小型旋转机械故障前、后的振动进行了测量,记录了其波形以及频谱信息。测量结果表明,当该旋转设备存在故障时其振动时域波形图发生明显变化;频谱分析结果显示,在175~250 Hz频段内,频谱幅值相对变小;在250~350 Hz频段内产生了新的频谱成分,从而验证了将该系统应用于小型旋转机械故障监测中的可行性。     

Strain measurement using frequency modulation fiber optic interferometer

The method for measuring the strain of an object using an optical fiber and a frequency modulation(FM)coupled carity semiconductor laser is pro-posed.This method uses the coherent FM heterodyne principle of the Michelson in-terferometer and can avoid the π/2 nonreciprocal phase bias and phase shifting problem existing in general fiber optic interferential sensors,the maximum detec-tion range is limited by the coherent length of the semiconductor laser and its rela-tive factor.     

Strain measurement using frequency modulation fiber optic interferometer

ＳｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒＬＩＣｈａｎｇｃｈｕｎ；ＬＵＯＦｅｉ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭｅａｓｕｒ．ａｎｄＩｎｓｔｒｕｍ．Ｅｎｇ．，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖ...     

掺镱全光纤激光器研究

用自制耦合器搭建了全光纤激光振荡器,通过不同的泵浦方式对全光纤激光器进行了实验研究。实验装置中加入包层光剥离器,纤芯/包层分别为20/400 μm的有源光纤作为增益光纤。实验中未加特定的冷却装置,选用2个110 W激光二极管分别进行前向和后向泵浦,在总泵浦功率223.6 W时,前向泵浦方式中获得激光功率输出152.2 W,光-光转换效率69%;后向泵浦方式中,激光功率输出156.5 W,光-光转换效率70%。最后,进行了双向泵浦实验,泵浦光功率443.8 W时,1080 nm近单模激光功率输出311 W,光-光转换效率70%。进一步增加泵浦功率,会获得更高功率的1080nm激光输出。     

光纤传输光电检测脉冲间隔与宽度双重调制

文章给出了脉冲时间调制的分类方法及实现方案。推导了非同步型脉冲间隔与宽度双重调制（ Ｐ Ｉ Ｗ Ｍ） 的频谱及其特点。说明了 Ｐ Ｉ Ｗ Ｍ 是模拟信号测量的一种经济有效的调制方法,在光纤传输光电检测中有广泛应用前景     

基于光纤光栅传感器的人体心率测量技术研究

光纤光栅以其抗电磁干扰、体积小、寿命长、柔韧性好等特点,是构成智能服装的最具潜力的材料.文中根据人体心率信号的特点,设计了由金属材质构成的振动腔,采用ANSYS分析了腔的振动过程,确定了光纤光栅的封装方式,并在实验室中实现了心率信号的采集,完成了数据分析与信号提取的算法.实验结果表明:该传感器可完成人体心率信号的实时在线的采集与分析,测量误差小于1次/min.     

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%.