用共焦法布里－珀罗干涉仪探测固体表面超声脉冲的研究

设计制作了一台腔长３０ｃｍ，频宽６ＭＨｚ的共焦法布里－珀罗干涉仪。着重介绍了用该干涉仪探测固体表面超声脉冲的原理、干涉仪的性能、特点和探测超声脉冲的实验结果。     

光纤光栅法布里-珀罗腔的单模特性研究

分析了基于方向耦合器的光纤光栅法布里－珀罗腔的单模输出条件;在此条件下讨论了谐振腔的完全单模输出特性,并分析了其调谐特性。     

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差,结果表明：后向散射比越大,相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大;频率匹配误差对温度测量的影响大,为保证低层大气温度测量准确,频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数,对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明：在0～20 km高度范围内,通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小,在2 km以上可忽略不计;若出现云层、沙尘等,对应高度的温度测量偏差将会较大;垂直距离分辨率取30 m@0～12 km和60 m@12～20 km、时间分辨率取1 min时,白天和晚间由噪声引起的温度测量误差...     

基于级联腔法布里-珀罗干涉仪的温度和压力同时测量

提出了一种基于级联法布里-珀罗干涉仪(CFPI)的光纤传感器,用于同时测量温度和压力.该传感器由单模光纤(SMF)、空心光纤(HCF)和双孔光纤(DHF)依次熔接在一起而构成.其中,HCF构成空气腔法布里-珀罗干涉仪(FPI),DHF构成石英腔FPI,两个FPI级联形成混合腔FPI.空气腔FPI通过DHF的空气孔与外部环境连通,实现对气压的高灵敏度传感;石英腔FPI利用二氧化硅的热光效应和热膨胀效应,实现对温度的高灵敏度传感.在0.1～0.6 MPa气压范围,60～260℃温度范围,实现的空气腔FPI的气压和温度灵敏度分别为4 nm/MPa和1 pm/℃,混合腔FPI的气压和温度灵敏度分别为0.5 nm/MPa和9 pm/℃.空气腔FPI和混合腔FPI对温度和气压的灵敏度不同,实现了温度和气压的双参数测量,同时该传感结构制造工艺简单,集成度高,灵敏度高.     

非线性法布里-珀罗腔的双稳态特性分析

应用传输矩阵的方法研究了垂直微腔多量子阱结构的双稳态特性,计算结果表明,分布布喇格反射器（ＤＢＲ）的高折射率介质紧挨着非线性介质（多量子阱结构）时更容易产生双稳态,我们计算了非线性法布里－珀罗腔的反射相位与入射光功率关系曲线,反射率与入射光功率的关系曲线,和作为反射镜的ＤＢＲ的对数对双稳态性质的影响等。     

液晶法布里—珀罗调谐滤光片的研究

未来的光波分复用、频分复用系统将极大提高光纤传输系统的速度及容量,滤光片作为其中的关键部件,日益成为各国研究的热点.本文对利用液晶的电控双折射特性制成的以液晶为内腔物质的液晶法布里-珀罗调谐滤光片进行改进,在原来法布里-珀罗腔的两侧各加一偏振镜,使两个偏振镜的起偏方向平行,并且偏振方向都与液晶分子长轴的方向成45°角,这样入射光经多光束干涉后再经偏光干涉,可推出其透射光强为I=I0csin2(δj/2),其中δj=2π(n|-n⊥)d/λj,c为多光束干涉因子,这样改进后的液晶法布里-珀罗调谐滤光片便克服了原有调谐滤光片两套光谱难以区分的缺点.对改进后的以向列型液晶为腔内介质的法布里-珀罗调谐滤光片进行测试,得出在电压为1.6 V,频率为1 kHz的交流电压下,中心波长为1550 nm时,其半高全宽可达2 nm,自由波谱范围为7 nm,精细度为3.5.进一步的实验验证改进后的调谐滤光片随电压的变化(0～7 V)其调谐范围可达70 nm.(PD10)     

补偿式光纤双法布里－珀罗微位移测量系统

本文提出一种能补偿环境影响的,插入光纤传光介质的新型微位移测量系统和灵敏度阈的实验结果.由于采用平行双通道的结构,系统具有高精度、抗干扰的补偿法特点.该系统适合于微位移(纳米级)测量,可用于检定其它高精度位移传感器,几何量计量中定位,微细加工表面轮廓测量以及可以转换成微位移量或光程差的其它物理量测量中.     

补偿式光纤双法布里－珀罗微位移测量系统

本文提出一种能补偿环境影响的，插入光纤传光介质的新型微位移测量系统和灵敏度阈的实验结果。由于采用平行双通道的结构，系统具有高精度、抗干扰的补偿法特点。该系统适合于微位移（纳米级）测量，可用于检定其它高精度位移传感器，几何量计量中定位，微细加工表面轮廓测量以及可以转换成微位移量或光程差的其它物理量测量中。     

基于法布里-珀罗腔游标式级联可调谐滤波器的研究

设计了一种基于LiNbo3衬底的法布里——珀罗腔游标式级联电光可调谐滤波器，利用多光束干涉原理对单个滤波器的电压频率响应特性进行了分析模拟，对由两个滤波器级联实现的多个波长的动态滤波进行了分析，结果的性能满足波分复用信号的滤波要求。     

超短腔光纤法布里-珀罗低温传感技术研究

针对低温大范围高灵敏温度测量需求,提出一种适用于低温环境测量的光纤法布里-珀罗腔温度传感器,并实验研究传感器的响应特性。超短空气腔法布里-珀罗温度传感器由外径0.3 mm的石英毛细管和单模光纤构成,利用高热膨胀系数的材料作为腔镜的一个反射面提高空气腔的温度灵敏度,理论分析了法布里-珀罗干涉仪的温度传感原理,以及温度灵敏度的影响因素,并分析不同级次对灵敏度的影响。研制了大自由谱低温高灵敏度传感器,实验结果表明,传感器在-40℃至-10℃的温度范围内具有较好的温度响应特性,相应的灵敏度为-2.066 nm/℃,线性拟合度为0.9697,理论分辨率为±0.0005℃。传感器具有体积小、灵敏度高和测量范围大等优点,在低温传感领域具有潜在的应用价值。     

1．5um波段外腔半导体激光器稳频技术研究

1．5um波段外腔半导体激光器的频率稳定性对大容量、密集波分复用系统的快速发展有着很大的影响。对几种主流的外腔结构和稳频技术进行了分析，论述了它们各自的特点及未来发展趋势。     

光纤激光器凸端面选模理论和实验研究

为了改善光纤激光器的输出光束特性,将光纤端面加工处理成近似凸球面。从实验上研究了光纤端面为凸球面时对光纤激光器输出光束质量和输出功率的影响。在考虑横向空间烧孔效应的速率方程的基础上,建立了光纤激光器端面选模的理论模型,并对凸端面选模方法进行了数值模拟。结果表明,采取凸端面作为光纤激光器的输出端可以提高输出激光的光束质量。     

自发发射因子在外腔半导体激光器的模式选择和线宽压缩过程中的作用

本文提出并论证外腔模式自发发射因子急剧减小使模式选择所需的增益差和光场相位噪声皆急剧减小是外腔半导体激光器具有优异的纵模选择和线宽压缩性能同时又具有严重不稳定性的统一的关键性物理根源。     

光纤Bragg光栅F-P腔长测量的理论与实验研究

通过对FBG和光纤Bragg光栅F-P腔(FBG-FP)的光语特性分析,得出了低反射率的FBGFP腔反射谱的双光束千涉近似表达式.在此基础上,讨论了拟合法、周期法和傅里叶变换3种FBGFP腔长测量方法.最后,对实测光纤FBGFP腔的反射谱进行了分析,3种方法得到了相互验证,腔长测量精度达0.1mm量级.     

基于全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器

提出并实现了一台基于单腔全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器。介绍了其内部的光学元件及其工作原理,随后对该半导体激光器的纵模输出特性进行了理论分析,搭建了该可调谐外腔半导体激光器。在不同的实验条件下,对该可调谐外腔半导体激光器在调谐过程中的输出波长、线宽及功率进行了实时同步测量。由所测数据总结出最佳实验条件,并得到了此条件下可调谐外腔半导体激光器的各相关参数。该可调谐外腔半导体激光器有一个线性的无跳模波长调谐区域(1547.203~1552.426)nm,一个稳定的输出光功率范围(40~50)μW,以及一个稳定的输出单纵模分布、线宽范围(100~150)MHz。该可调谐外腔半导体激光器可用于环境监测、原子与分子激光频谱研究、精确测量等领域。     

光纤F-P干涉仪传感器封装方法的研究

针对光纤F-P干涉仪(FPI)传感器封装普遍采用的化学胶水粘合方式存在的胶水老化而脱胶的问题,提出一种用高频CO2激光脉冲加热使光纤与石英管永久熔合进行封装的新方法.实验表明,在激光脉冲能量选择适当时,加热封装过程所导致的干涉仪平均光功率损耗可低至0.1 dB左右,可满足封装的要求.     

Fabry-Perot干涉仪测量爆轰加载下的飞片自由面速度

为了获得有效的爆轰加载下的飞片自由面速度剖面的测量结果,设计了一种紧凑的Fabry-Perot干涉仪。采用固定腔结构使该干涉仪能够抗机械振动干扰并产生稳定的干涉条纹,可以做到在实验中免除干涉仪的调节,从而提高实验效率。采用光纤传光的方式使得实验具有更大的灵活性。用该干涉仪成功测量了φ40mm×20mm的T/Γ35/65炸药爆轰加载下的1.5 mm厚钢飞片的自由面速度,测得的最高速度大于2 km/s,给出了干涉条纹的狭缝扫描图像以及连续的自由面速度历史。     

Utilization of Extrinsic Fabry-Perot Interferometers with Spectral Interferometric Interrogation for Microdisplacement Measurement

The paper presents a number of signal processing approaches for the spectral interferometric interrogation of extrinsic Fabry-Perot interferometers (EFPIs). The analysis of attainable microdisplacement resolution is performed and the analytical equations describing the dependence of resolution on parameters of the interrogation setup are derived. The efficiency of the proposed signal processing approaches and the validity of analytical derivations are supported by experiments. The proposed approaches allow the interrogation of up to four multiplexed sensors with attained resolution between 30 pm and 80 pm, up to three times improvement of microdisplacement resolution of a single sensor by means of using the reference interferometer and noise-compensating approach, and ability to register signals with frequencies up to 1 kHz in the case of 1 Hz spectrum acquisition rate. The proposed approaches can be used for various applications, including biomedical, industrial inspection, and others, amongst the microdisplacement measurement.     

体全息光栅外腔半导体激光器列阵的光谱特性

从理论上分析了强反馈外腔半导体激光器的工作原理,并采用了体全息光栅(VHG)外腔反射镜来改善大功率半导体激光器列阵(LDA)的光谱特性,这种体光栅具有很好的波长选择性,使得半导体激光器列阵的光谱线宽从2nm减小到0.22nm,增加了光谱亮度,而且随电流和温度变化的波长稳定性得到极大改善.     

基于光纤光栅F-P腔的一种新颖传感系统的理论研究

在对光纤光栅F-P腔的反射光谱特性进行理论分析的基础上,提出了一种基于弱反射率、长腔长光纤光栅F-P腔的新颖的传感系统,分析了两种适用于该系统的有效解调方法。讨论了系统参数对传感器性能的影响和系统的优化设计原则。理论研究表明,这种新颖的传感系统可实现温度的精确测量,具有很高的可靠性。