光纤压力传感器的理论与实验研究

本文论述了一种光纤传感器的理论和实验结果,用单模光纤作为Mach-Zehnder干涉仪的两臂,在光源相干长度内、两臂光程几乎相等时,则两臂的光相遇时形成一系列干涉条纹。当两根光纤受到不同压力时,两束光就发生相对相位变化,从而干涉条纹的花样产生位移.本实验就是通过测量这种位移来确定光纤所受的压力。这样就可以将本装置作为压力传感器.     

基于涡旋光与球面波干涉的微位移测量研究

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发生微小位移时两束光的光程差改变,螺旋干涉条纹发生旋转,通过干涉条纹的旋转角度可以确定物体的微位移量。经理论分析、仿真和实验证明:基于涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化能够实时监测物体位移量的变化,同时可以有效计算物体的微位移。实验中,测量物体的产生位移量为27 nm,通过涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化实际测得物体的位移为25.75 nm,误差为1.25 nm。     

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。     

输入光偏振态对光纤干涉仪条纹可见度的影响

文章分析了输入光偏振态对光纤Mach2Zehnder干涉仪条纹可见度和相位的影响,并通过实验进行验证。实验中,在干涉仪一干涉臂加入PZT相位调制器,通过示波器直接观测输入光偏振态对干涉仪输出光强波形的影响,并对输出波形变化进行了理论分析,验证了输入光偏振态对干涉仪可见度、相位的影响。     

基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的应变传感器

研究了基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的光纤应变传感器,通过将一根细芯光纤熔接在两根单模光纤(SMF)之间,构成了一种光纤内干涉的马赫曾德尔干涉仪。当单模光纤中的光耦合进细芯光纤时,一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输,另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输,当芯模和包层模再耦合进单模光纤时发生干涉。当应变作用在细芯光纤上时,干涉条纹发生漂移。通过解调干涉条纹对应变的漂移量实现应变测量,在0~2000 με的测量范围下,测得的应变灵敏度为-1.83 pm/με,并且实验结果与理论分析有很好的一致性。该传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高等优点。     

光纤F P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。     

波长解调用偏振无关光纤干涉仪的研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中,干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化以及两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在Michelson光纤干涉仪上加两个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振效果,并通过实验进行了有效地论证。     

非平衡光纤Mach2Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤MachZehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过详细的推导,得到非平衡光纤MachZehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系,提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

光纤和全息双频光栅结合测振法

激光束由物镜耦合到光纤中,光纤输出端粘合在物体上一起振动。光纤射出的球面波照射位置现定不动的全息双频光栅上,在其±1级分量中出现杨氏干涉条纹。光纤振动时条纹也跟随变动,由光     

非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论，通过详细的推导，得到非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式，分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系，提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

非平衡光纤Mach-Zehder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题.运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过详细的推导,得到非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系,提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法.     

投影条纹相位测量的一种新的计算方法

投影条纹用于三维物体的面形测量,已取得许多进展,其相位解调的计算方法,主要有相对法和富里叶变换法等,在本文中我们提出一种新的相位解调的计算方法,就是把被物体调制后的干涉条纹,分为许多小段,分别用多项式进行拟合,再把每一段分别与未被物体调制的前干涉条纹,逐点进行相位比较,求出物体对干涉条纹的相位调制量,再求出对应的物体面形高度,文中还给出一弓形物体的调制和相位解调的计算机模拟结果。     

消除正弦相位调制干涉仪中光强调制影响的全光纤干涉仪

在激光二极管(LD)正弦相位调制(LD-SPM)干涉仪中,通过注入电流调制激光二极管波长的同时,光源输出的光强也被调制,成为测量误差的主要来源之一.提出一种新的消除激光二极管正弦相位调制干涉仪中光强调制影响的干涉仪,给出了具体的理论分析.该干涉仪采用全光纤结构,有效减小外界干扰对干涉测量的影响;采用容易实现的前置信号处理电路和实时相位检测器对干涉信号进行处理,消除了激光二极管光强调制产生的测量误差;同时实现了物体微小位移的高精度实时测量,测量的重复精度达到1 nm.实验结果与其他消除光强调制影响的方法测得的结果基本一致,验证了该方法的实用性.     

楔块调整式Talbot干涉仪的写入光纤光栅技术

在楔块调整式Talbot干涉仪中,均匀光纤光栅可通过将光纤垂直放入近场或远场干涉条纹中,闪耀光纤光栅可通过将光纤以π/2—2θb角放入近场或远场干涉条纹中,渐变啁啾光纤光栅可通过将弯曲的光纤放入近场或远场干涉条纹中,阶梯啁啾光纤光栅可通过将光纤放入远场干涉条纹中写入一系列长度递增的较小均匀光纤光栅.     

十三步光栅横向剪切干涉相位复原算法

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差,是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素,为此,提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法,在消除零级串扰的同时,还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明,当相移误差不大于25°时,相位复原误差小于0.01°(即2.8×10-5λ)。对于λ=193.386nm,相位复原误差小于0.005nm。因此,通过系统误差校正,光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。     

楔块调整式Talbot干涉仪的写入光纤光栅技术

在楔块调整式Talbot干涉仪中，均匀光纤光栅可通过将光纤垂直放入近场或远场干涉条纹中，闪耀光纤光栅可通过将光纤以π／2—2θb角放入近场或远场干涉条纹中，渐变啁啾光纤光栅可通过将弯曲的光纤放入近场或远场干涉条纹中，阶梯啁啾光纤光栅可通过将光纤放入远场干涉条纹中写入一系列长度递增的较小均匀光纤光栅。     

用液晶光阀实现大尺寸物体光学三维轮廓测量

提出一种用液晶光阀把计算机模拟正弦分布且具有一定榴移量的多幅干涉条纹投影到三维物体上，通过CCD采集被物体调制的变形条纹，在同一位置用计算机窗口来控制相移，实现对物体的光学位相三维轮廓测量，同时针对测量系统误差进行分析和讨论。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。     

利用双光栅干涉仪进行的并行光计算

本文给出的基于干涉条纹移动的并行光计算是在光栅分光元件构成的干涉光路中完成的。光栅产生的O级和+l级衍射光经位相调制器在干涉场中相干,通过对条纹进行分析可获得输入信号的逻辑运算。文中在简述了双光栅干涉仪的工作原理后给出了并行光计算的实验结果。     

双频虚拟光栅投影三维测量技术

莫尔三维测量中的傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率进行测量,存在着由于待测物体高度变化率过大引起的相位解调困难问题。为解决该问题提出了利用双频虚拟光栅投影的三维测量方法。通过双色光干涉同时形成双频虚拟光栅,将双色干涉条纹投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形彩色干涉条纹。变形的彩色干涉条纹经过光学接收系统成像在彩色CCD探测器上。彩色CCD探测器所接收到的是双色光通道复合的变形虚拟光栅图。通过色度学方法对同一幅彩色变形虚拟光栅图的不同色光通道进行分离,并对分离后的双频虚拟光栅调制图进行综合。既兼顾了效率,又有效地解决了被测物体高度变化率过大引起相位解调困难的问题。