光纤端面多层膜反射率的干涉测量方法研究

应用干涉法实现光纤端面多层透明膜系反射率的测量，利用镀有反射膜的待测光纤端面，构成F－P干涉仪，根据透射光谱的自由谱宽和干涉峰的半宽值，计算出膜系反射率，可直接获得光纤端面上薄膜的真实反射率，并避免了光源波动对测量结果的影响，在用反射率为92％－98．6％的膜系所进行的实验中，测量误差小于－0．09％，分析了误差来源。     

多光束干涉光纤FP探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41～85.22 kPa、液相环境压强范围4.50～26.02 kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210 pm·kPa^-1,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720 pm·kPa^-1,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1 Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。     

正交两速度分量同时测量的多点干涉瑞利散射测速技术

为了在极端燃烧条件下高精度测量发动机的流场速度,提出了采用固体石英法布里-珀罗标准具检测流场固有分子瑞利散射光的多普勒频移来获得流场速度。介绍了多点干涉瑞利散射测速技术的基本原理,分析了散射光接收方向与测量速度分量方向的关系。建立了正交两速度分量同时测量的多点测速系统。获得了流场干涉周期图像,采用图像相关检测法精确确定了干涉环的圆心位置;基于阻尼最小二乘法拟合光谱曲线得到了散射光干涉斑的多普勒频移,并计算了相应的速度。获得了在喷管出口1.5～7mm处马赫数为1.5时,自由射流在x-y平面内正交的两个速度分量,并给出了x-y平面内多点速度矢量图。结果表明,该测速系统能够实现流场正交两速度分量的同时测量。     

共焦法布里—珀罗干涉仪的干涉条纹及调焦方法

分析了法布里—珀罗干涉仪的干涉图样在共焦前后的变化规律,提出了一种应用干涉条纹的变化和干涉仅速射谱线进行精确调焦的方法,并得到了较好的实验结果。     

采用法布里-珀罗干涉仪测量激光线宽的卷积分析

本文讨论一个基本的光学问题。采用法布里——珀罗干涉仪透射函数的卷积方程详细分析了法布里——珀罗干涉仪在入射激光存在一定线宽的条件下透射函数的特性。由于仪器函数的自身线宽及其周期性的加宽作用结果,导致透射函数的半峰值线宽受到加宽,可见度下降。因而采用透射函数的半峰值线宽测量入射激光线宽的方法是不严格的,仅在一定的条件下才适用。本文给出了采用透射函数的半峰值线宽测量入射激光线宽的方法所应满足的约束条件     

条纹计数法干涉型光纤液位传感器的电路法判向及其温度补偿

提出利用RC移相电路获得相位差为90°的输出信号,以取代相位差为90°的双光路,对干涉条纹计数时做正确判向,可以简化条纹计数法光纤Fabry-Perot腔干涉型液位传感器的结构,使之更实用和集成化。分析了F-P腔长与温度变化的关系,说明选择合适的腔体材料以及波纹管的热膨胀系数和初始长度,可在温度变化时保持腔长的较小变化。提出在传感器上安置温度传感器,预先测出F-P腔长与温度变化的关系,然后利用软件法对传感器输出进行温度补偿。实验表明:该软件补偿法能够较好的补偿温度变化对液位测量时造成的影响。     

端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感器

针对环境测温,特别是在复杂环境中温度传感器的小体积、低成本、抗干扰以及高灵敏度的要求,提出了基于端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感探头。以长为2cm的光子晶体光纤作为第一个F-P腔体,在它的一个端面熔接普通单模光纤,熔接面形成第一个反射镜面;然后,在它另一个端面熔接多模光纤,熔接面形成第二个反射镜面;最后,以多模光纤作为第二个F-P腔体,并用氢氟酸将其刻蚀成探针结构,同时在腔体末端形成了第三个反射镜面。以此复合结构作为传感探头,结合多光束干涉的传感原理,构造了双F-P结构的波长调制型传感器,并搭建了温度传感测试系统。测试结果表明：在28~81℃内,随着温度增加,该传感器的反射光谱波长逐渐红移,温度与波长偏移量的线性相关系数高达0.99837;该传感器传感性能良好,灵敏度达64.6pm/℃。该传感器在复杂环境中对小范围温度测量具有潜在的应用价值。     

用于光纤传感的非对称法布里-珀罗腔

设计了一种用于光纤传感的新型非对称法布里—珀罗(F-P)干涉腔。干涉腔由固定在石英毛细管的两根镀膜光纤构成,该干涉腔改善了普通F-P腔的反射响应特性,有助于提高传感器的灵敏度和测量范围。基于薄膜干涉理论对该干涉腔的反射率响应关系的计算与分析,得出该非对称F-P腔的结构参数。设计结果表明,这种新型干涉腔具有线性度好、灵敏度高和线性范围宽的优点。     

法布里干涉近红外光谱仪测定烟草品质成分

法布里干涉近红外光谱仪是近年新出现的一种基于微机电制造技术的近红外光谱仪,具有高性能、重量轻、体积小、无移动部件等特点,非常适用于现场、在线分析。本研究采用Axsun便携型近红外光谱仪采集了148个烟草样品的近红外光谱,分别针对烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质建立了定量校正模型。结果表明,烟碱、总糖、还原糖、总氮和蛋白质的模型维数分别为9、5、7、7和6,决定系数（R2）分别为99.18%、93.68%、89.10%、98.24%和87.87%,校正集均方根误差（RMSEC）分别为0.11、1.03、1.27、0.05和0.44,验证集均方根误差（RMSEV）分别为0.18、1.06、1.32、0.08和0.53,相对预测性能（RPD）分别为6.03、3.41、2.59、4.37和2.10,外部验证集均方根误差（RMSEP）分别为0.28、0.88、1.56、0.11和0.42。F检验结果表明,各模型校正集及其外部验证集的预测值和化学值具有极显著的相关关系。本研究表明,Axsun便携型近红外光谱仪可以保证烟草成分定量校正模型的精度,实现近红外光谱分析向样品现场检测、田间作物现场分析等方面的进一步推广。     

法布里-珀罗光纤温度传感器的理论模型与仿真

设计了一种新型F-P(Fabry-Perot)干涉腔式温度传感器,具有高灵敏度、电绝缘性及抗电磁干扰等优点,能够胜任极端恶劣环境下的温度测量。采用腔内端面的反射光数学模型,并考虑输出光功率的线性度,对F-P传感腔初始腔长H、光纤端面反射率r的选取进行了优化设计与分析。应用有限元分析软件ANSYS对传感器的理论模型进行仿真与验证,模拟结果显示,当待测温度的变化范围为0~100℃时,干涉腔腔长随温度近似于线性变化,相应的理论灵敏度为1.636 nm/℃,精度为±0.2℃。     

Measurement of Sub-Nanometer Lubricant Films Using Ultra-Thin Film Interferometry

The ultra-thin film interferometric method of measuring the thickness of very thin films in lubricated contacts has been refined so as to be able to measure films down to 0.3nm with a standard deviation of 0.15nm. The main remaining source of measurement variation for films below 3nm thick is the surface roughness of the contacting solids. This modified technique has been applied to study the film-forming properties of three fluids, hexadecane, a dilute solution of surfactant in hexadecane, and cyclohexane. Purified hexadecane shows a very slightly enhanced oil-film thickness below 1nm. The long-chain surfactant forms a boundary film 2nm thick. Cyclohexane behaves as though it forms a surface layer about 1nm thick with viscosity three times the bulk fluid viscosity.     

Theoretical Study on the Interferometry of Thin EHL Film Measurement

Interferometry has been widely utilized in elastohydrodynamic lubrication (EHL) film measurement since the 1960s. In-depth optical analyses are required to get more fundamentals of optical EHL film tests. In this paper, a stratified-layer model of optical EHL contact is numerically analyzed by the multi-beam interference approach. It is revealed that the high reflectance of the beam-splitter and the steel interface generate a deviation of the intensity profile from the two-beam interference. Previous experimental results about fringe contrast are reproduced, and the determination of the beam-splitter layer is theoretically clarified. Furthermore, some characteristics of spectrometry for ultra-thin film measurement are studied, and the dependence of the interference spectrum on the spacer layer thickness is displayed. The measurement simulation has theoretically confirmed the constant initial phase change assumed in practical measurement. It is theoretically demonstrated that in the spectrometry approach, TiO₂ layer can generate spectrum with high finesse and may be used in the future application. The theoretical results in this paper are correlated with previous experimental practices, and the optical EHL technique can therefore be much better theoretically understood.     

便携式数字散斑测振仪研究

本文介绍一种便携式数字散斑测振仪,该仪器具有全场同时测量,灵敏度高,抗干扰能力强和完全自动定量分析的优点,可广泛应用于高精度机械的振动特性分析。     

透明导电ITO薄膜的制备及光电特性的研究

采用溶胶-凝胶方法以In（NO3）3.4·5H2O和SnCl4·5H2O为前驱物,用提拉法在石英玻璃基体上制备了ITO透明导电薄膜。详细研究了不同掺Sn比例、不同金属离子浓度、不同提拉速度、不同烘烤温度对ITO薄膜光电特性的影响。结果表明,提拉法制备的薄膜在热处理过程中由凝胶状态向结晶态逐渐转变,方电阻随热处理温度的升高而降低;导电率随薄膜厚度的增加呈非线性增加。     

相位偏移干涉测量波面的一种新算法

本文分析了利用相位依稀干涉的相位计算方法对测量结果准确程度的影响,提出了一种利用相位偏移干涉原理测量波面的新算法（四幅改进算法）。考虑到移相误差是导致相位偏移干涉测量法产生误差的主要因素,本文着重讨论相位偏移干涉测量算法对移相误差的敏感程度。根据对实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位人多干涉测量算法对移相误差的敏感程度,根据实验测试机构所进行的测量与分析,以实际的数据为基础得出在相位偏移干涉测量中新算法的优秀品质。该新算法对移相误差有良好的抑制作用,无论是理论分析速 是实际测量效果都很好。     

金刚石薄膜磁性研磨抛光研究

表面粗糙度是影响金刚石薄膜广泛应用的主要因素,选择一种合适的抛光方式可以大幅度降低表面粗糙度,以加速其商业化应用的进程。文中针对内孔金刚石薄膜,提出了一种新的抛光方法——磁性研磨抛光。实验结果表明,可有效除去薄膜晶粒外缘的尖角,而且不会造成涂层的损伤,不影响涂层附着力,是一种温和的抛光方法,可以达到比较理想的抛光效果,采用磁性研磨抛光的金刚石涂层铜杆拉丝模,工作寿命比硬质合金模具提高8-10倍,满足了铜杆拉丝对模具内孔表面光洁度的更高要求。     

自旋对弹流油膜影响的试验研究

利用自制的旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统,对带有自旋的钢球—玻璃盘接触副形成的弹流油膜形状和厚度进行试验研究。采用新的方法来获得自旋,即通过调节接触副与玻璃盘旋转中心的距离改变自旋分量的大小。试验结果表明,自旋导致油膜厚度降低,油膜形状也失去了经典的马蹄形相对卷吸中心线的对称性。当卷吸速度增加时,油膜厚度增加,油膜形状的非对称性增强;载荷增加,油膜厚度减小,油膜形状的非对称性增强;偏心距增加,油膜整体厚度增加,两侧油膜厚度差别减小,油膜形状的对称程度增加。     

三面静压转台回转精度干涉测量与误差处理

介绍了激光干涉法测三面静压转台回转精度的原理及测量方法,分析了激光干涉仪在回转轴运动位置精度测量中的主要误差诱因;作出了角度测量中正弦近似误差特性曲线,并建立了该测量误差的数学模型,为机床的运动精度误差补偿提供了数据。经现场检验,该方案简便易行,成效显著。     

TiN、CrN的环境摩擦磨损对比研究

采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在45钢表面沉积了TiN、CrN薄膜。用显微硬度计测试了薄膜的硬度,用划痕仪测量了薄膜的膜基结合力,用球-盘式摩擦磨损试验机评价了不同介质条件下（干摩擦、水润滑、油润滑）TiN、CrN薄膜的摩擦学特性,用表面轮廓仪测试了薄膜磨痕处的磨损轮廓,用扫描电镜（SEM）观察了薄膜磨痕形貌。结果表明,相对于干摩擦条件下,在水润滑和油润滑条件下TiN和CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度都有所降低。在相同的介质条件下,CrN薄膜的摩擦因数和磨痕深度始终小于TiN薄膜。