高速运动飞片的F-P干涉测量技术研究

为了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,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。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,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。     

基于法布里-珀罗微腔的光微流FRET激光产生

为了实现低阈值光微流荧光共振能量转移（FRET）激光,基于制备的高品质因子、高稳定法布里-珀罗（F-P）微腔,采用间接抽运方法研究了两种F-P谐振腔中光微流FRET激光的产生。直接抽运施主染料,使得施主染料通过FRET的方式把能量传递给受主染料,从而实现受主染料的间接能量抽运。结果表明,在此种抽运方式下,F-P光微流激光腔中实现了0.48μJ/mm2的低激光抽运能量密度阈值;并可通过FRET激光产生的形式实现对低浓度物质的检测。     

激光稳频的共焦法布里-珀罗干涉仪

针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共焦法布里-珀罗干涉仪,腔镜和隔离器通过光胶的方式进行组合,并且置于温控精度优于0.01 K的双层密封温控箱中。经过实验测量,共焦法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围为370 MHz,透射谱半峰全宽(FWHM)为1.7 MHz,精细度为220。采用该共焦干涉仪进行稳频,理论稳频精度可达0.15 MHz,满足激光多普勒雷达单频激光源的稳频要求。     

白光干涉光纤法布里-珀罗腔的拟合求解

采用Levenberg-Marquardt算法(LMA)对光纤法布里-珀罗(F-P)腔的白光干涉光谱进行拟合;通过对光源光谱的高斯拟合处理和对LMA拟合参数范围的限定,提高了其对光源波动的抗干扰能力和腔长解调的分辨率;通过研究不同质量、数量的采样数据对解调算法的影响,比较LMA相对于相关法的效率优势;最后通过实验得到了装置综合标准偏差(1nm)和光源功率波动下的LMA算法的标准偏差(0.2nm)。     

全光纤微型珐-珀干涉式高温传感器

通过在单模光纤SMF28e后有轴心偏移地熔接一段特种光子晶体光纤(MM-HNA-5)制作了一种全光纤微型珐-珀(F-P)干涉仪.分析了这种干涉仪的光学原理和形成机理,并利用MM-HNA-5光纤热光系数较大的特点,将这种干涉仪应用于温度测量.实验结果表明:这种干涉传感器可测量的高温范围可达1 200℃,远大于常规传感器的测量范围,且当干涉腔长为3.46 mm 时,其光程差的温度灵敏度约为103 nm/℃,线性度为O.995 7.可以预见:这种结构稳定、体积小、精度高、测温范围广的全光纤F-P干涉温度传感器在国防及民用工业中将具有极大的潜在应用价值.     

激光双法-珀干涉纳米测量系统总体设计

设计了一套集光、机、电为一体的新型纳米测量系统:以激光为光源、双法珀干涉仪及轻拍式探针为纳米传感部件、以柔性铰链机构的微动工作台为纳米扫描测试系统,并采用计算机数字PID实时控制处理;提出了通过测量双法珀干涉仪透射光强基波幅值差或基波等幅值过零时间间隔的方法进行纳米测量的理论基础;理论分析了检测探针振动的方法;给出了基于柔性铰链机构的微动工作台的有限元设计新方法;设计了以电容传感器为精密位置反馈的PID闭环控制系统,解决了压电陶瓷等元件对系统造成的非线性影响;对系统误差进行了分析。     

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。     

一种便携式激光多普勒测速光学系统的设计

为了将激光多普勒测速技术应用于野外流体速度测量,设计了一种基于舣光束模式的激光多普勒测速光学系统,采用光纤耦合半导体激光器作为光源,通过保偏光纤耦合器、保偏光纤准直器以及非球面透镜来实现激光的分束、准直与聚焦,形成干涉条纹,并利用接收透镜、针孔光阑以及雪崩光电二极竹检测多普勒信号光.结果表明,所设汁的光学系统的空间分辨...     

F-P干涉仪在长度测量领域的应用

F-P标准具和干涉仪利用多光束干涉的原理,产生极锐的干涉条纹并且谐振频率对F-P腔长的变化非常敏感,根据这些特点,从利用F-P干涉仪进行激光器的频率锁定、稳频,光学倍程精密定位和纳米测量三个角度综述了在长度测量领域F-P干涉仪的发展情况;在分析主要存在的问题和解决方法的基础上,讨论了F-P干涉仪的发展方向,并指出在纳米测量中F-P干涉仪将起到越来越重要的作用。     

一种测量液体旋光特性的共光路外差干涉技术

为了提高旋光特性检测的灵敏度,设计搭建了一套基于塞曼效应的共光路外差干涉仪应用于旋光液体的旋光特性检测.采用塞曼效应激光器作为光源能发出两束正交线偏光,简化了实验装置的复杂性;且在系统中利用平衡检测与差动放大器,可降低激光器本身与外部环境所造成的大部分噪声,从而提高检测灵敏度.结果表明,对(0～50)mg/dL的低浓度葡萄糖水溶液的旋光特性测量,其检测灵敏度可达2.3×10-5(°).这种结构简单的干涉仪可应用于固态、液体或气态旋光物质的旋光特性分析中.     

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。     

法布里－珀罗干涉仪外腔半导体激光器的选模和锁模特性研究

报道了法布里－珀罗干涉仪用作半导体激光器外腔的选模原理和选模及锁模实验。通过压电陶瓷调节Ｆ－Ｐ干涉仪的间距，实现了半导体激光器本身的静态及动态单纵模运转，在调制频率为６５６ＭＨｚ的情况下，获得了近变换极限的外腔锁模高斯形超短脉冲，脉宽为１３ｐｓ，时间带宽乘积为０．４６。最后讨论了Ｆ－Ｐ干涉仪对半导体激光器的模式特性的影响。     

基于微管腔的光纤激光盐度传感研究

基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤相接构成光纤环形谐振腔。通过拉锥光纤耦合在薄壁微管腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与盐度线性对应,实现薄壁微管腔内溶液盐度的传感测量。与无增益的微管腔透射谱相比,激光可以提供具有更高信噪比和更窄线宽的传感信号。实验结果表明,在0‰—45‰盐度范围内,提出的光纤激光盐度传感器的传感灵敏度为36.5 pm/‰,线性度达到0.99924,盐度测量误差小于±0.751 3‰,最小探测极限为0.485 5‰,且不需要额外的流体测量通道,有望成为海洋盐度探测的有力工具。     

全光纤多普勒测速系统的研究

为了验证全光纤多普勒测速系统的低速响应能力,采用窄带光纤激光器、准直透镜等器件搭建了一套迈克尔逊干涉仪结构的全光纤多普勒测速系统,分析了其测速的基本原理,并对喇叭振动进行了测试。采用快速傅里叶变换对信号进行处理,解调结果表明,该系统对低速响应灵敏,能够有效地测量出喇叭膜片振动速度,最低可测速度在1mm/s以下,速度分辨率可达0.1mm/s。     

瑞利多普勒激光雷达F-P标准具的设计与校准分析

为了精确观测平流层风场,采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件,对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析,从分析最大设计高度时的测量误差着手,优化选取标准具透过率曲线参量;介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法,分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响;并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明,由于透过率曲线的半峰全宽增大,导致速度灵敏度下降了0.118%/（m·s-1）;40km高度处,在测量信噪比大于10的条件下,径向速度测量精度增大2m/s。     

LSCO薄膜的制备及光学性能研究

采用化学溶液沉积法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备LaxSr1-xCoO3(简称LSCO)导电薄膜,对不同的La/Sr比以及掺入Ni的情况下LSCO导电薄膜的红外光学性质进行了比较研究.结果表明:LSCO薄膜的红外吸收与La/Sr的化学计量比值有关,当La/Sr为1∶1时,LSCO薄膜的红外吸收最强;在LSCO薄膜中掺入一定量的Ni后,其红外光吸收将会增强,这说明掺Ni有利于提高基于LSCO薄膜电极的铁电探测器的红外吸收能力.