基于分体式Sagnac干涉仪的长波红外干涉成像光谱系统

介绍了基于分体式Sagnac 干涉仪的静态高通量干涉成像光谱技术的基本原理,设计并实现了长波红外宽波段等比消偏振分光膜系,给出了干涉仪尺寸的设计方法并利用TracePro 软件验证了设计的干涉光路。使用制冷型和非制冷型探测器对该红外干涉成像光谱仪方案进行了塑料薄膜透过率测试,实验结果与高精度Michelson 光谱仪测量值有较高的吻合度,证实了该方案的正确性。最后进行了推扫实验,给出了数据重排、基线校正和切趾等数据预处理方法,验证了该系统方案工作模式的可行性。     

基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统

提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100kHz～200kHz频率范围内,信噪比可达40dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。     

基于Sagnac干涉仪的二阶关联光学相关识别

本文从理论和实验上对基于Sagnac干涉仪的关联光 学相关识别进行了分析和验证。本文使用赝热光源照射在Sagnac干涉仪中测得的强度分布, 运用关联干涉算法,再对计算结果进行傅里叶变换得到相关输出结果。在实验中,通过一级 亮斑测得物体偏离光轴的距离为387 μm和486.5 μm,并能测出物体横向位移的变化量为97.5 μm,与物体实际的 横向位移量相差2.5 μm,测量误差较小。本文通过观察相关输出的 一级亮斑实现高精度的百微米量级的光学相关识别,拓宽了光学相关识别的应用领域。     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器

提出并研究了基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。扰动作用在传感光纤上引起传输光波相位的变化,可以通过Sagnac干涉仪进行检测。所提出的光纤传感器包括三个Sagnac干涉仪,它们共用一个宽带光源(BBS),并通过两个光电探测器(PD)检测干涉信号。由于宽谱光源的相干长度很短,因此只有经历相同路径的两束光会发生干涉,这样的路径存在三条。其中一个光电探测器检测有着相同环路长度的两个Sagnac干涉仪的信号之和,另一个光电探测器检测由法拉第旋光镜和传感光纤组成的干涉仪中的干涉光强。通过对探测器接收到的信号进行数学运算可以对扰动进行定位。实验结果表明,所提出的传感器可以检测并定位扰动。10次实验的最大定位误差为370 m,平均定位误差为270 m。     

基于Sagnac干涉仪的新型声源定位光纤传感器

利用法拉第旋转镜（FRM）把Sagnac光纤干涉仪的环形光纤臂改成单臂直线结构的新型零程差干涉仪，克服了传统Sagnac光纤干涉仪结构上的缺点。另外，FRM作为偏振补偿器解决了偏振诱导信号衰弱问题。对该装置进行了理论分析，并以管道的泄漏声为例进行了实验研究，实验结果与理论分析相吻合，定位误差小于1％，表明该装置可以实现宽频声信号源的定位。     

可用于小口径光束波前检测的横向剪切干涉仪

提出了一种可用于小口径光束波面检测的横向剪切干涉仪。该干涉仪由偏振分光棱镜、光轴与其表面平行的晶体平板、1/4波片、反射镜及CCD构成。被测光束由偏振分光棱镜进行透射起偏和反射检偏,利用反射镜的反射两次经过晶体平板、1/4波片来实现剪切光束的等光程干涉。通过晶体平板剪切复制波面以获得小的剪切量,可用于小口径光束波面的检测。晶体平板的旋转可以改变剪切量,实现了不同口径不同波前的光束波面检测。对该干涉仪进行了仿真分析,得到了不同入射角情况下的剪切干涉图,仿真结果与理论分析结果相一致。实验中,旋转晶体平板得到的剪切干涉图与仿真结果相一致,很好地验证了该剪切干涉仪的有效性。     

一种应用于纳米测量机的高精度干涉仪

为实现纳米三坐标测量机(NMM)中大范围高精度位移的测量(测量范围小于40mm,分辨率小于0.1nm),研制了一种大量程纳米级测量精度的实用化外差干涉仪,并对该干涉仪的光学结构进行分析研究。该系统不但克服了双频激光干涉仪混频的固有缺点,而且在结构上利用光学器件的偏振特性,使系统具有共光路、等光程、光学倍程和相位差成90°正交信号等特点,提高了系统分辨率、抗干扰性能和精度。该系统在40mm的测量范围内,具有λ/4 096的分辨率和纳米级的测量精度。实验结果表明,纳米三坐标测量机对样板1次安装10次测量的实验标准差为4.9nm,10次安装10次测量的实验标准差为8.4nm,具有较好的测量重复性。干涉仪结构符合三坐标的测量要求,可安装在纳米三坐标测量机等仪器中,也可用于高精度的位移测量。     

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。     

基于Sagnac干涉仪和Φ-OTDR的光缆振动预警定位系统

针对光缆经常遭到工程施工破坏的问题,提出了一种低成本的监测光缆线路沿线工程施工情况的振动预警定位系统,采用多个基于单轴Sagnac干涉仪的振动预警模块实时监测多个光缆的振动情况,通过相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)模块确定振动点的位置。实验表明该系统成本低、预警效果好。     

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。     

基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器,并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成,光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器,光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度,使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等,从而形成光学游标效应。实验结果显示,单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后,其温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单,稳定性好,不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。     

基于Sagnac型的双光路平衡探测光纤声传感器

为解决传统声电传声器易腐蚀、易受电磁干扰等问题,提出了一种用光纤提取声音的声光换能器结构。该传感器以Sagnac干涉仪为原型,利用声压作用于感应光纤产生的光弹效应实现光波相位的调制,采用3 × 3耦合器构建双光路平衡探测系统,通过干涉实现语音信号的解调,将光电转换后得到的幅值相等的两路信号进行差分处理,消除共模干扰信号和降低光源噪声。实验测试表明,系统性能稳定,波形失真小,在300~3 400 Hz范围内实现声音信号的提取与还原。     

基于Sagnac干涉的光纤对冲床脉动电流计量技术的研究

基于Sagnac干涉原理的全光纤光电互感器具有响应特性好、精度高、安全性好的特性,是解决脉动电流测量的新技术之一。以J21-40T普通冲床为研究对象,应用光波的偏振性和法拉第磁光效应理论,探究了全光纤光电互感器测量冲床脉动电流的工作机理。通过对Sagnac调制技术的全面分析,设计了系统框图。借助测量数据,阐述了测量重复性、温度变化、1／4波片、Verdet常数误差。研究结果表明：这一技术可以普遍用于冲床脉动电流的准确测量,是一种有效的大电流计量技术。     

利用微分Sagnac结构研究光纤对PZT控制信号响应

利用微分Sagnac干涉仪结构对缠绕在压电陶瓷(PZT)上的光纤,对加在PZT上的控制信号的频率响应进行了研究,此系统不需要如传统结构那样工作在正交状态.用正弦信号,三角渡信号做控制信号进行了实验,实验结果表明,当控制信号的频率在2 000Hz以下,光纤可以实时线性地响应控制信号的变化.

Abstract：

The response characteristics of the fiber wounded on PZT to PZT control signal were studied by using the differentiating Sagnac interferometer construction.The system does not need to work in quadrature as traditional methods.The sinusoidal signal and triangle signal were used as the PZT control signal in experiments.The results show that when the frequency of the control signal is less than 2 000 Hz,the fiber wounded on the PZT can linearly respond to the control signal in real time.     

用于纳米测量的集成化单频激光干涉仪

研究了一种基于偏振光的集成式单频激光干涉仪。利用偏振光学变换方法,实现了干涉仪的光学4细分结构,提高了测量灵敏度;构建4路正交探测结构,实现了干涉仪的无源偏振调制,扩大了干涉仪测量范围;采用光路集成化的设计方法,实现了一体化干涉仪光路集成。对激光干涉仪进行振动测量实验研究,结果表明,静态位移测量误差小于±0.3 nm,振动测量的分辨率达10 pm/Hz1/2;上述集成单频激光干涉仪具有测量精度高、稳定性好、动态范围宽、受环境影响小等优点,可被广泛用于纳米测量的各个领域。     

用迈克尔逊干涉仪测量隐失场

提出了一种用迈克尔逊干涉仪探测隐失场的方法.利用切向力调制方法确定安装在双压电陶瓷片上光纤探针与样品间的最小距离,通过压电陶瓷管控制探针移动,用光电倍增管测量光纤探针的输出光信号强度,获得了全内反射产生的隐失场度随探针与样品间距增加而快速衰减的特性曲线.结果表明,这种测量装置具有结构简单可靠、操作方便等特点.     

Mach-Zender干涉仪温度测量实验研究

文章基于Mach-Zender干涉仪结构原理,设计了一个温度测量实验。结果表明:当物体温度升高时,干涉仪条纹出现向左侧移动现象;当物体温度下降时,干涉仪条纹向右侧移动。温度的变化与条纹移动数目成线性相关性,线性拟合度为0.9996,对比实验进一步说明,Mach-Zender干涉仪测量温度具有很高的精度。