衰荡腔失调下的波形仿真

在高反射率的精确测量中,光腔衰荡系统的腔失调直接影响着反射率测量结果的精度。根据光束传输变换规律和信号叠加方式,利用最小二乘法进行数据拟合,建立了腔失调对衰荡波形的影响模型。通过数值运算,模拟了不同腔长失调或腔镜倾斜下衰荡信号波形的变化情况。通过比较,与实验结果吻合较好。仿真结果表明,将示波器上的衰荡波形用于衰荡腔的精密调节中,可以提高测量精度。分析给出了衰荡光腔实验调节的两个判据:1)根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;2)根据衰荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度。     

基于腔损耗扫描寻优的光腔衰荡高反射率测量

针对目前腔失调参数与腔损耗之间的映射关系并不明确，调腔过程中腔相对失调量亦不明晰等问题，提出一种基于腔失调参数扫描的腔损耗寻优调腔方法。该方法通过腔镜倾斜调节量的扫描寻优，以光腔衰荡时间为判据寻找初始腔和测试腔相对失调优化的腔状态。实验结果表明：通过该方法，对同一高反射率待测样片6次实验测量结果的测量重复性精度相比传统方法由1.26×10^-4提高到约9.83×10^-6，测量重复性峰谷值由3.25×10^-4提高到2.7×10^-5，测量结果更稳定，表明该方法能获得腔参数相对失调更小的调腔状态，为在初始腔反射率较低的光腔衰荡测量系统中抑制衰荡腔相对失调提供了一种解决方案。     

光腔衰荡法的单波长反射率测量实验研究

分析了反射率光腔衰荡法测量原理的近似条件,讨论了共焦腔的失调特性,计算了腔镜反射率对衰荡信号的影响。在此基础上,为减少OPO激光束的衍射损耗引入的测量误差,选择He-Ne激光作导引光,建立以共焦腔为衰荡腔的单波长反射率测量装置。利用直腔和折叠腔对腔镜和插入镜片的反射率进行了实验测量。直腔方式下测量的均方差小于6×10-6。分析表明,光腔衰荡法只适用于高反镜反射率的测量;在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器,可以提高测量精度。     

探测器孔径大小对衰荡腔测量精度的影响

为了研究光腔衰荡光谱法的反射率测量精度,分析了腔长失调对衰荡腔模式影响。在此基础上,根据高斯光束空间传输表达式,推导了在一定腔长失调条件下,探测器孔径与衰荡脉冲信号的关系式。并利用数值模拟,分析了衰荡腔测量精度与探测器孔径大小的关系。结果表明,探测器孔径越大,测量的相对误差越小。     

腔长变化对连续波腔衰荡技术测量的影响

为了阐明腔长变化对测量的影响,在考虑入射光源光谱线宽的情况下,采用腔衰荡法和多光束干涉等有关理论,就两种极限情况下腔长变化对连续波腔衰荡法测量的影响进行了分析和数值模拟,并据此讨论了一般情况下腔长变化给测量带来的影响。分析表明,腔长变化主要使衰荡腔谐振频率变得不稳定,从而使得衰荡腔出射光功率及其衰荡特征发生变化,进而给测量带来严重误差,这将为分析该技术测量误差来源以及提高其测量精度提供理论指导。     

超高反射率测量系统的精密调试

在高反射率的精确测量中,光腔衰荡系统的调节直接影响反射率测量结果的精度.介绍了大口径超高反射率测量系统的结构及其工作原理,讨论了影响系统测量精度的因素,理论上估算的测量精度为9.1×10-6.在直腔下对该系统的性能进行了实验调试,根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;根据表荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度.实验测试结果表明,系统的测量不确定度优于7×10-6,最大测量误差为1.3×10-5,与理论上预计误差在数量级上一致.     

用于连续波腔衰荡法测量的LD驱动电路设计

为了将半导体激光器应用于连续波腔衰荡法腔损耗测量,设计了半导体激光器的驱动电路.该电路由调制、驱动、温控等模块组成,在采用多光束干涉理论对连续波腔衰荡法测量原理进行分析和数值模拟的基础上,提出了驱动电路各模块的参数要求,对该电路各参数进行测试后,应用该电路建立了连续波腔衰荡法腔损耗测量系统,并进行了实验.经测试得知,在保证半导体激光器安全工作的前提下,该电路对于半导体激光器的关断时间约为60ns,对半导体激光器的温度控制精度优于0.01℃;对某单程腔损耗约为50×10-6的衰荡腔测试表明,腔损耗测量精度优于1%.结果表明,该电路达到理论设计要求,可应用于高精度腔损耗测量.     

腔衰荡法四腔镜反射率及腔内吸收测量

利用腔衰荡四腔镜轮换的方法 ,在常态下测得了四腔镜的反射率 ,同时得到了腔内对测量光的吸收损耗     

衰荡腔腔长失调的实验分析

光腔衰荡法是一种高反射率的测量技术.在腔长失调的情况下,根据高斯光束空间传输表达式和光腔衰荡法测量原理,建立了反射率测量的理论模型.利用模拟计算,得到了腔长失调对衰荡信号的影响.通过与实验现象相比较,证明了理论分析方法是合理的.     

探测器响应特性对光腔衰荡法测量结果的影响

探测器响应特性对衰荡信号的测量有很大影响。根据光束传输变换规律和信号叠加方式，只利用数据拟合，建立了探测器响应特性对衰荡信号和反射率测量结果的影响模型。通过数值运算，模拟了不同情况下衰荡信号波形的变化，进而分析了探测器响应特性对衰荡法测量结果的影响。研究表明，对于现有的数据处理方法，选择合适的探测器，能够提高测量结果的可重复测量精度；但其测量值0．990045与腔镜的真实值0．999存在差异。由此研究了测量结果随腔镜反射率的变化和数据预处理方式，提出了测量结果的两种标校途径：1)利用模拟测量结果与腔镜真实值之间的差异，从理论上对实验测试结果进行标校；2)先对衰荡波形进行梳状滤波等预处理，再用拟合法计算反射率。     

腔衰荡技术应用中的快速数据拟合

数据拟合是腔衰荡技术应用中极其关键的一个步骤,因为它一定程度上决定着腔损耗测量的精度和速度.在连续波腔衰荡技术应用中,探测器实际测得的信号并非理想的单指数衰减,而是表现为单指数衰减项和常数项之和.这种非线性模型的拟合常采用牛顿法或其改进法等非线性拟合方法进行,但这些方法计算量大、速度缓慢,而且还需要良好的初始条件.针对这种情况,在分析实际连续波腔衰荡信号的特点的基础上,本文对连续波腔衰荡数据拟合中的若干问题(模型建立、数据预处理等)进行了研究,采用加权最小二乘法来拟合线性化处理后的腔衰荡信号.实验表明,该拟合方法在减少运算量、提高拟合速度(至少6倍)的同时,能保证其拟合结果与非线性拟合结果之间误差不超过0.01ppm.     

基于FPGA的腔衰荡信号采集与处理系统设计

准确获取腔衰荡信号是腔衰荡光谱技术定量探测气体浓度的基础.针对腔衰荡信号的特征,设计了一种基于FPGA的腔衰荡信号采集与处理系统.系统以FPGA为主控制器,在触发信号激励下,通过FPGA硬件逻辑实现了腔衰荡信号的高速采集、多次采样结果的对应点累加平均和USB数据传输.测试表明,系统具有较好的准确度和稳定性(准确度在4‰范围内);实际应用于腔衰荡系统时,设计的采集系统与国外数据采集卡数据的一致性可达到99.4％.结果表明,该数据采集与处理系统可完全满足腔衰荡信号的采集要求.     

Continuous-wave cavity ring-down technique for accurate measurement of high reflectivity

A continuous-wave cavity ring-down (CWCRD) technique employing a broadband diode laser is developed for high reflectivity measurement. The theory of square-wave modulated CW-CRD is presented. The spectrum of the broadband CW diode laser covers numerous free spectral ranges (FSRs) so that sufficient laser power is coupled into the cavity. Both amplitude and phase-shift of the first harmonic of the CRD signal,measured at an appropriate frequency range, are detected by a lock-in method and fitted to obtain the ring-down time and reflectivity. The measurements are repeated with five different cavity lengths and all the fitted reflectivities are in excellent agreement, indicating a high reliability of the CW-CRD technique. The reflectivity of the cavity mirror is determined statistically to be 99.70%,with an uncertainty of 0.01%.     

两路微振动信号的光纤F-P腔干涉测量

法布里-珀罗(F-P)腔传感器结构简单,复用能力强,对导致其腔长发生变化的物理量灵敏度高,在超精密测量领域日益受到重视.为了使用一套光纤F-P腔测量两个目标,设计了两路反馈信号光纤F-P腔干涉系统,同时开展两路微振动信号测量.对两路微振动反馈F-P腔干涉信号,经多次取包络分解,得到了高、低频信号频谱,进而计算出待测目标...