一种新型薄腔法-珀干涉测速系统研究

本文所关注的激光干涉测速技术主要用于测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,介绍了基于光学谐振腔的选频特性利用薄腔法-珀干涉仪直接测量高速飞片所引起的多普勒频移从而获得其速度信息的设想,并根据此设想构建薄腔法-珀干涉测速系统的技术路线。最后描述了利用该项测试技术实际测量金属箔电爆炸驱动的Kapton膜飞片速度的实验并对实验结果进行了分析。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点。     

基于F-P腔干涉的两段式光纤传感器

一般的传感器灵敏度高,但体积大,不便于封装.法布里-珀罗(F-P)腔型传感器结构简单、体积小和封装容易等优点获得了广泛关注.通过熔接2段不同折射率光纤,并将传感光纤包层去掉、浸泡在待测液体中,构成了F-P腔折射率传感器.传感器的最小分辨率为3.0135×10-4,传感光纤长度仅为15 μm,尺寸远小于其它F-P腔干涉仪...     

非本征光纤F-P干涉声传感器的研究

为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料,设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器,利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析,得到了一阶固有频率。实验结果表明:由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压,且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。     

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。     

光纤激光干涉测量技术在EFPI传感器信号解调中的研究进展

光纤激光干涉技术是外腔式法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器动态信号解调的主要技术方案,具有测量灵敏度高、动态范围大、测量频率范围宽等优点.本文从外腔式法布里-珀罗干涉仪相对测量的基本原理出发,回顾了几种主流光纤激光干涉测量技术的解调原理、方法及优缺点,重点介绍了作者课题组提出的几种新型被动解调技术,着力解决现有解调仪...     

基于电可调式F-P干涉具的脉冲激光静态干涉

传统激光光谱探测通常采用动态Michelson干涉具来实现,但此类干涉具结构复杂,且需要反复移动内部器件的位置才能实现稳定的干涉.此外,某些激光脉冲的时间宽度较窄,因此,此类动态干涉具无法实现持续时间较短的脉冲激光光谱探测.该文从基于电可调式法布里-珀罗(F-P)干涉具用于脉冲激光光谱探测人手,讨论了交流控制式F-P干涉具的相关参数,并进行了光学测量实验.该文为静态脉冲激光光谱探测技术的实现提供了可靠的理论依据.     

基于光纤F-P传感器的缺陷波极值实验研究

基于光干涉原理确定初始Fabry-Perot（F-P）腔长度,设计一光纤F-P干涉仪,建立光纤F-P激光超声实验装置,用于试样表面缺陷的非接触式检测。结果表明,激发源、传感系统及缺陷位置一定时,直接表面波的幅值和出现时间及反射回波的出现时间基本不变;缺陷的宽度、深度一定时,缺陷越长,缺陷反射波的幅值越大;缺陷尺寸一定,缺陷长度方向垂直激发源与传感器连线时,缺陷反射波幅值最高,随着倾角减小,幅值逐渐降低,平行时幅值最小。     

基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

法布里珀罗腔振动敏感度的分析

法布里珀罗腔被用作高稳定光频振荡器的频率参考。腔长的稳定性会受到由于振动导致的腔体形变的破坏,进而使激光器产生频率噪声。通常采用有限元分析来考察光腔在任意加速度下的弹性形变。推导出了由腔镜的位移和倾斜带来的腔长变化的通用表达式,表达式明确地给出了光腔形变和其导致的振动敏感度之间的关系。根据该方法,分析了一种水平光学腔的振动敏感度,并且通过优化支撑结构降低了光学腔对振动的敏感性。此外,设计了一种小型振动平台,可以在三个相互垂直的方向对腔体施加振动。     

车载直接探测多普勒测风激光雷达光学鉴频器

基于建立的车载直接探测激光雷达系统,对接收光学鉴频器进行了研究。针对边界层、对流层和平流层不同的气溶胶和大气分子浓度以及风速动态范围,同时采用直接探测的两种主要技术。利用多光束菲索(Fizeau)干涉仪(MFI)和阵列光电倍增管(PMT),接收气溶胶散射信号,获得边界层风速。采用双法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪(DFP)和光电倍增管探测器,分析分子散射信号,得到对流层风场。使用实际的激光雷达系统参数和大气模型参数,对两个鉴频器进行了优化设计,分析了它们的风速测量灵敏度和精度。多光束菲索干涉仪鉴频器系统在±50 m/s风速范围内测量灵敏度为1.3%/(m.s-1),高度分辨率为200 m,边界层内风速测量误差小于1 m/s。双法布里-珀罗干涉仪鉴频器系统在±100 m/s风速范围内的测量灵敏度约为0.3%/(m.s-1),高度分辨率为1000 m,对流层风速测量误差小于3 m/s。     

无源谐振腔激光陀螺实验系统的研制

报道了采用反射型谐振腔结构的无源谐振腔激光陀螺系统。在实验室环境下,取得了漂移稳定性1.7deg/h的性能。指出了引起陀螺漂移的误差因素,并提出进一步改善陀螺测量精度的措施。     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。     

角锥棱镜腔Cr4+:YAG被动调Q内腔式光参量振荡器

通过对角锥棱镜腔实现KTPⅡ类非临界相位匹配光参量振荡的理论分析,发现腔内存在特殊偏振方位角的本征模式,其满足Ⅱ类非临界相位匹配条件。实验上不但实现了该腔的Cr4 ∶YAG被动调Q内腔式光参量振荡器(OPO)运转,而且得到了优于平-平腔的转换效率,改善了信号光的稳定性。分析了Cr4 ∶YAG初始透过率和腔内功率密度的关系,实验获得不同Cr4 ∶YAG初始透过率、抽运能量和信号光能量的关系曲线。通过腔内功率密度的优化,电光效率高达0.25%,设计出结构紧凑、小型高效的工程实用光参量振荡器器件,抽运能量阈值为4.7 J,输出能量为11.8 mJ,脉宽为6.9 ns,发散角为7 mrad,能量稳定性为5%。     

基于激光多普勒效应的液体表面波探测研究

为了对低频液体表面波的频率和振幅进行测量,利用多普勒相干测速的工作原理,提出了一种液体表面散射激光与参考光相干涉的检测方法。对此进行了理论分析,得到了多普勒频移与液体表面波振幅之间的解析关系式,并利用贝塞尔函数分析了频谱分析图中解调出低频液体表面波频率的可行性,设计并实现了一套液体表面波多普勒相干检测的实验装置。结果表明,能够实时准确探测10Hz～40Hz的液体表面波参量,该方法为低频液体表面波的探测提供了新思路。     

激光多普勒调制器的优化

为了提高激光多普勒调制器调制频率的稳定度,通过从光学、机械、电子学等方面的优化,对影响多普勒调制器的各种因素进行了深入的研究。实验结果表明,经过优化后的多普勒调制器的输出调制信号频率的相对标准误差达到了1%左右,能够满足锁相放大器对输入参考信号频率稳定度的要求。     

利用显微激光多普勒测量纳米梁的残余应力

采用基于显微激光多普勒(MicroLD)技术的共振频率法,测量了纳米梁谐振器的残余应力。首先,根据梁的横向弯曲振动理论建立了轴向力作用下固支梁的振动偏微分方程,并根据轴向力的拉压性质解得方程的唯一解形式。随后,由被测梁的应力状况确定可采用最优化方法或数值迭代方法计算残余应力值,并提出结合有限元模态分析方法验证计算结果的正确性。最后,采用MicroLD测振系统对SiC-W固支梁谐振器的幅频响应特性进行了测试。计算结果表明,被测的一组梁的平均残余应力分散性较大,说明加工工艺不能消除结构内的残余应力,且不能控制残余应力的均匀性。     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。