基于模式理论的EFPI传感器输出干涉谱分析

运用模式理论研究分析了单模光纤法布里-珀罗传感器(EFPI)在白光条件下的输出干涉谱,理论推导出反射光干涉光谱的归一化函数表达式,分析得到输出干涉谱受法布里-珀罗腔的腔长和耦合系数的相位变化的共同影响,并与传统几何光学的方法相比较。通过计算机仿真,可以清晰看出各参数与输出干涉谱的关系。其研究结论为高精度和高准确度的法布里-珀罗系统的实现提供了更为精确的理论基础。     

白光干涉型光纤法珀腔传感器的制作工艺研究

对白光干涉型光纤法布里珀罗干涉仪(WIFFPI)传感器的制作工艺进行了研究，讨论了内、外腔式两种光纤传感法珀腔的制作方法，重点论述了外腔式光纤传感法珀(EFFP)腔的制作工艺．对制作过程中的一些关键问题进行了分析，并提出了解决的方法，为WIFFPI传感器的制作及应用奠定了基础，也为其他类型的光纤法布里珀罗干涉仪传感器的研究及制作提供了参考。     

一种新型金属封装的光纤法珀温度传感器

设计制作了一种金属封装的光纤法珀温度传感器,该传感器采用不锈钢毛细金属管代替传统的空心光纤对光纤法珀腔进行封装,毛细金属管在作为法珀腔腔体的同时也是温度敏感元件。采用该结构简化了光纤法珀温度传感器的封装工艺,理论分析和实验的结果表明,该金属封装结构使得传感器的灵敏度易于控制,对于腔长为10mm的温度传感器其精度达到±0.5℃。     

一种新型金属封装的光纤法珀温度传感器

设计制作了一种金属封装的光纤法珀温度传感器，该传感器采用不锈钢毛细金属管代替传统的空心光纤对光纤法珀腔进行封装，毛细金属管在作为法珀腔腔体的同时也是温度敏感元件。采用该结构简化了光纤法珀温度传感器的封装工艺，理论分析和实验的结果表明，该金属封装结构使得传感器的灵敏度易于控制，对于腔长为10mm的温度传感器其精度达到±0.5℃。     

纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的温度特性

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上,综合运用光学薄膜法布里-珀罗腔(Fabry-Perot)干涉理论,采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的仿真分析程序,模拟了薄膜型光纤法布里-珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性,分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重,并进行了实验验证。验证结果表明,传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致,纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系,对传感探头的研制具有指导意义。     

F-P腔式光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新型结构的法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器.该传感器基于法布里-珀罗多光束干涉,利用压力敏感膜的纵向挠度变化带动位移柱的横向位移运动来改变F-P腔的腔长变化.详细阐述了传感器新结构的设计方法及其工作原理,分析了不同参数对传感器性能的影响.采用ANSYS软件仿真模拟了传感器压力敏感膜在压力作用下的挠度变化.结合现有的MEMS工艺,可制作出工艺简单、温度系数低、灵敏度高,且抗电磁干扰的MEMS光纤压力传感器.     

FP传感器双峰级次腔长解调算法

在应用双峰法解调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)传感器时,由于难以准确判断干涉级次,而导致解调腔长误差明显过大。为了应对这种问题,提出一种双峰级次腔长解调算法。该算法通过跟踪传感器反射光谱中相距最远的两个波峰准确判断出所选波峰的干涉级次,然后根据单峰法精确解算出绝对腔长。由于有效消除了双峰法的干涉级次模糊,腔长解算精度显著提高。对腔长30—100 μm的FP传感器进行了仿真分析和验证实验。仿真解调误差小于0.7 nm,实验误差小于1.4 nm,解调误差远小于双峰法。     

液体填充增敏型法布里-珀罗微腔光纤温度传感器

为了提高传统空气腔法布里-珀罗(法珀)干涉仪的温度灵敏度,提出了一种基于液体填充的增敏型 法珀微腔光纤温度传感器。传感器采用标准单模光纤与二氧化硅毛细管制作长度为微米量级的光纤法珀微腔并填充以液体。对所制作液体填充法珀微腔光纤温度传感器,由反射光谱通过相关算法计算绝对腔长的方式实现温度解调。理论和实验均表明,该液体填充型法珀微腔传感结构具有明显的温度增敏效果。对于腔长为~12.140 μm的液体填充法珀微腔光纤温度床感器,其腔长-温度灵敏度达到了2.185 nm/℃,高于作为参照的非填充空气腔法珀光纤温度传感器高一倍左右,增敏效果明显。     

压力作用对实芯光子晶体光纤特性影响分析

为了能使光子晶体光纤用于光纤压力传感器等无源器件中,采用弹光理论分析方法对压力作用下光子晶体光纤纤芯和包层中应力、横向结构和折射率分布的变化进行了理论分析和实验模拟,获得了压力作用下对光子晶体光纤中传播光脉冲的相位和模式双折射的影响的数据,采用相干干涉测量技术方法能测量光子晶体光纤中光脉冲相位和模式双折射的波动量值并进一步推算出作用在光子晶体光纤上的外界压力变化量。结果表明,光子晶体光纤可用作光纤压力传感器中的敏感元件。这一结果对光子晶体光纤在光纤压力传感器中的进一步应用是有帮助的。     

光谱数据序列长度对光纤法珀应变传感系统的影响

根据光纤法珀应变传感器的腔长DFT解词算法的原理，推导了对光谱数据作补零处理时的DFT腔长计算公式，并作了精度分析。通过理论分析发现：对光谱数据补零可以提高光纤法珀应变系统的测量精度；对光谱数据按光波频率作等间隔内插时，增加抽样点数也可以提高测量精度，但效果不如补零来得明显。实验也证实了上述结论。     

288×4长波红外探测器关键驱动电路的设计

针对制冷型288×4长波焦平面红外探测器组件PLUTON LW K508的特点,设计了一个驱动模块,为探测器组件提供了时序与控制信号、模拟与数字电源、参考电平、制冷模式控制信号等。重点介绍了上电控制电路、GPOL电压产生电路、制冷模式控制电路等关键电路的设计原理与结构。实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、精度高、稳定性强等特点。当探测器在293 K和353 K之间的黑体照射下,并且积分时间为19 μs时,整个红外图像采集系统采集到的图像噪声电压均值保持在0.4 mV以下。     

自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了自由空间光-布拉格光纤的耦合效率。通过对空间光-布拉格光纤耦合效率的计算可以知道,耦合效率与布拉格光纤纤芯半径、焦点光斑光腰半径和纤芯波矢有关。通过优化合理选择空间光聚焦后光腰半径与布拉格光纤纤芯半径以及纤芯波矢可以有效提高耦合效率。本文还对外界振动造成耦合透镜与布拉格光纤对接不正而对空间光-布拉格光纤耦合效率影响进行了分析。这对光纤激光雷达系统以及空间光通信系统的空间光-布拉格光纤耦合效率分析具有极其重要的参考价值。     

自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了自由空间光-布拉格光纤的耦合效率.通过对空间光-布拉格光纤耦合效率的计算可以知道,耦合效率与布拉格光纤纤芯半径、焦点光斑光腰半径和纤芯波矢有关.通过优化合理选择空间光聚焦后光腰半径与布拉格光纤纤芯半径以及纤芯波矢可以有效提高耦合效率.本文还对外界振动造成耦合透镜与布拉格光纤对接不正而对空间光-布拉格光纤耦合效率影响进行了分析.这对光纤激光雷达系统以及空间光通信系统的空间光-布拉格光纤耦合效率分析具有极其重要的参考价值.     

光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响

空间光-单模光纤耦合的关键技术是怎样确保耦合系统中光纤的准确定位。基于电磁场模场匹配理论,讨论了光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响,结果显示耦合效率随着光纤偏移的增大显著下降。采用光纤调整架以及微透镜光纤可以显著改善耦合效率,讨论结果有助于空间光-单模光纤耦合器件的优化设计。     

星间激光链路光源探讨

星间光通信要求光源具有输出功率高，调制速率快的特点。目前的星间光通信系统大多采用半导体激光器。近年来，高功率光纤激光器得到快速发展，并以其优异的性能在很多领域正逐步取代半导体激光器。本文着重分析了半导体激光器和光纤激光器的性能，提出了光纤激光器用于星间光通信的可行性。     

光学分数傅里叶逆变换的单透镜模式

用波前相因子判断法，将球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射光场分布，与分数傅里叶逆变换的标准频谱分布进行位相比较，提供了球面波照明条件下光学分数傅里叶逆变换的单透镜模式，给出了其光学实现基本单元参量选择的判定法则。计算机模拟了实验证明了结论的可靠与可行。     

光学分数傅里叶逆变换的无透镜模式

用波前相因子判断法，将球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射光场分布与分数傅里叶逆变换的标准频谱分布进行位相比较，提供了广义条件下光学分数傅里叶逆变换的无透镜模式，给出其光学实现基本单元参量选择的判定法则，计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行。     

应用于自由空间光通信的PIN激光信号阵列接收器

针对目前的自由空间光通信存在空间光-光纤难以 有效耦合这一问题,考虑到空间光耦合进入光纤后需要将光信号转换为电信号才能实现通信 ,为此本 文提出直接将空间光信号转换为电信号的思想,设计了一种应用于空间光通信的PIN光电二 极管阵列接收器,每一个PIN光电二极管可 以独立接收空间激光并将其转换为电信号,多个PIN光电二极管通过串联和并联将电信号汇 合以方便后续信号处理。对这一新的接收器进行理论分析和模拟实验的结果表明,新的接收 器能有效提高空间光的接收效率。     

星间激光链路光源研究

星间光通信要求光源具有输出功率高，调制速率快的特点。目前的星间光通信系统大多采用了半导体激光器。近年高功率光纤激光器得到很快发展，以其优异的性能在很多领域正逐步取代半导体激光器。文章分析了几种激光器的性能，验证了光纤激光器用于星间光通信的可行性。     

空间散射光到单模光纤的耦合

空间散射光到光纤的耦合在许多领域都得到广泛的应用。然而,当被测物体较大时,如何有效地将空间散射光有效地耦合到光纤的研究还较少。耦合效率和接收视场是空间散射光耦合到光纤接收装置的两个重要的特性参数。文中通过理论分析和软件仿真,分析了在径向移动、轴线移动和不同入射角的情况下,改写耦合效率的变换,比较了在满足一定的耦合效率时,光纤接收装置的几种透镜耦合方式接收视场的大小。最后,通过实验对仿真内容进行了验证。