全光纤自混合散斑干涉可行性研究

为了证明光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光进行自混合散斑干涉的可行性,建立了自聚焦透镜收集效率的理论模型,重点研究了光纤自聚焦透镜的收集效率随其半径和工作距离的变化关系;从理论上证明了采用光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光进行自混合散斑干涉的可行性;最后搭建了实验装置,并进行了实验研究。结果表明,该装置可以获得较好的自混合散斑干涉信号;可以解决自由空间自混合散斑干涉测速系统工具距离短、易受环境干扰等问题。     

基于全光纤激光自混合干涉技术的石英玻璃热光系数测量北大核心CSCD

石英玻璃被广泛运用于航空航天、医学探测、光学成像等方面的光学仪器中,其光学性能是仪器设计时必须考虑的关键因素之一。热光系数作为重要的光学性能参数,其改变会影响光学元件成像的质量以及探测精度,因此石英玻璃热光系数的精确测量对仪器设计及校准十分必要。本文以单模无源石英光纤作为测量对象,提出一种基于全光纤激光自混合干涉技术的石英玻璃热光系数测量方法。实验将纯石英单模光纤作为干涉系统外腔,与光纤激光器熔接,构成全光纤封闭式激光自混合干涉热光系数测量系统。通过高温加热箱给定固定温度范围,利用干涉条纹计数法对石英玻璃热光系数进行解算。实验结果表明,系统对热光系数的分辨率可达到1.6329×10^(-7)/(0.1℃)。此研究结果为进一步开展石英玻璃热光系数的测量以及光纤激光器的自混合干涉应用研究奠定了基础。     

用于精密测量的光纤偏振光干涉仪

能对位移和振动进行高精度测量的光纤振光干涉仪是一种将偏振光干涉技术与光纤传感技术相结合的新型光纤传感器。当被测物表面反射光与自聚焦透镜端面反射光相干涉时,根据偏振角反推被测物的微波位移,理论上其测量精度可达到0．01nm,可用于生产过程中非接触在线测量与监控。介绍了这种光纤传感器的原理,给出了实验结果并进行了分析讨论。     

自聚焦透镜的长度对斐索干涉仪面形测量的影响

讨论了自聚焦透镜的长度对自聚焦透镜斐索干涉仪面形测量的影响 ,给出了面形干涉图中相邻干涉条纹半径的平方差随自聚焦透镜长度和面形曲率半径变化的三维曲线、待测面 R→∞时的二维曲线以及自聚焦透镜的长度对面形测量范围的影响 ,并用平面作待测面给出实验值 ,验证了实验与理论的一致性     

高稳定大量程复合光纤干涉位移测量系统研究

为了使位移测量系统达到大量程、高分辨率,采用复合光纤干涉的方法,进行了理论分析和实验验证。利用光纤光栅作为反射镜,构成两个干涉光路几乎共路的光纤迈克尔逊干涉仪。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过反馈控制补偿环境干扰对测量系统的影响,使测量系统适合在线测量;另一个干涉仪用于完成测量工作。两个不同波长的光同时作用于完成测量的干涉仪中,测量量程由两个波长的合成波干涉信号确定,使测量量程大于1mm;测量分辨率由其中一个单波长干涉信号确定,测量分辨率小于1nm。结果表明,这种基于复合光纤干涉仪的位移测量系统可以实现大量程、高稳定的位移在线测量。     

1阶反馈稳定光纤3×3耦合器干涉测量系统

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统.利用光纤光栅作为反射镜,两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路.其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响,实现对该测量系统的稳定;另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作.结果表明,1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿,使得该测量系统适合于在线精密测量.     

自聚焦共焦式微型探测系统的研究

为解决微小内轮廊为代表的微小尺寸的非接触测量问题，本文提出了将自聚焦透镜体积小与共焦显微技术的纵向层析特性有机结合的自聚焦共焦微型显微技术的光聚焦探测系统。介绍了系统的工作原理和结构装置，对系统中的关键技术进行了优化设计，通过对自聚焦透镜、针孔，光源及探测器系统的设计，可以有效地实现高精度微型光聚焦探测，初步实验结果表明，系统的轴向分辨率可达10nm。     

复合光纤马赫-曾德尔外差干涉位移在线测量系统

研究了一种复合光纤马赫-曾德尔外差干涉测量系统,并采用该系统对位移进行在线测量。基于光纤光栅只反射布拉格波长的特性,构建了两个独立但光程几乎重合的光纤马赫-曾德尔干涉仪。其中的一个马赫-曾德尔干涉仪用于完成测量工作,另一个马赫-曾德尔干涉仪用于监测环境干扰,补偿环境干扰对测量结果的影响,使测量系统适合用于在线测量。位于马赫-曾德尔干涉仪参考臂的声光调制器组可对参考光进行移频,当参考光与测量光会合时形成外差干涉信号,实现外差干涉测量。实验中,该系统对100μm位移进行10次重复测量的标准差为6 nm。     

低耦合损耗的光电混合光纤旋转连接器

设计了一种光电混合光纤旋转连接器,能实现相对旋转的光信号在较大对准误差范围内低损耗连接.旋转状态下的自聚焦透镜准直光纤输出的光信号,并由PIN光电探测器将其转换为电信号,冉由激光器根据电信号再生出原始光信号继续在光纤通讯系统中传输.该光电混合光纤旋转连接器在离轴偏移量至520μm或对准倾斜角至0.5°时的附加耦合损耗为0.3 dB,而采用双自聚焦透镜的光纤旋转连接器要获得小于3 dB的插入损耗,其离轴偏移或倾斜角度必须小于100 μm和0.10°相比之下,本文设计的光纤旋转连接器能降低系统对机械加上及装配精度的要求,具有较高的实用价值.     

高稳定的光纤3×3耦合器干涉位移测量系统

利用光纤3×3耦合器和光纤光栅(FBG),构成能有效补偿环境干扰的光纤干涉位移测量系统。测量系统含干涉臂几乎重合的两个光纤迈克尔逊干涉仪,其中一个通过反馈环节补偿环境干扰的影响,实现对测量系统的稳定,使系统适合于在线测量;另一个用于完成测量工作。利用零差干涉相位测量技术对位移进行测量,测量结果的线性相关系数达0.999。     

边发射半导体激光器自混合测速仪研究

采用边发射半导体激光器作为激光自混合速度测量系统的激光光源,针对不同表面类型、采样时间、注入电流、信号处理系统对自混合测速结果的影响进行实验研究和讨论分析。结果表明不同反馈表明和采样时间（0.1S,1S）均能满足高精度测速要求。同时,实验中采用合适的激光工作电流（激光器阈值电流1.1倍以上）并结合零点控制技术能够获得信噪比更大激光自混合测速信号。这些结论对深入分析自混合信号的产生机理以及半导体激光自混合测量系统的优化具有参考意义。     

光子带隙光纤准直器回波损耗研究

研究了一种光子带隙光纤准直器。为了降低回波对光源的干扰,通常光纤准直器的回波损耗不应低于60 dB。由于带隙光纤端面没有反射,因此满足这一条件的带隙光纤准直器GRIN透镜入射面的倾斜角与普通光纤准直器不同。从高斯光束通过光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学和高斯光束耦合理论,推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光纤及GRIN透镜的参数,仿真分析了尾纤与GRIN透镜之间的间距及GRIN透镜的参数对准直器回波损耗的影响。结果表明,镀有增透膜时,当光子带隙光纤准直器的GRIN透镜入射面倾角等于3时,回波损耗大于60 dB。研究结果对进行光子带隙光纤准直器的设计具有指导意义。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示:该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。     

半导体激光器自混合振动系统优化研究

为了优化半导体激光自混合振动测量系统,本文采用三镜腔理论模型,结合激光自混合振动测量的实验结果,利用数值模拟的方法对激光自混合振动信号进行仿真分析,获得了不同外腔耦合系数ζ(0.25×10-4～1.75×10-4)以及不同半导体激光器(LD)线宽展宽因子α(1～5)下自混合振动测量信号的时域特性。结果表明,较大的外腔耦合效率ζ和LD线宽展宽因子α能够获得信噪比更大、方向性更好的激光自混合振动波形。     

Self-Mixing Interference in Fiber Ring Laser With Parallel Dual-Channel

A new approach for self-mixing interference in fiber ring laser with a parallel dual-channel is presented. The output power of the dual-channel with optical feedback is theoretically deduced and simulated based on the transcendental equation of fiber ring laser. The output variation and modes competition between the two channels in a fiber laser is also analyzed. We demonstrate this system to measure the movement of two targets, and discuss the influence on self-mixing interference under the different feedback conditions. The experimental results show a good agreement with the simulation, and indicate that the self-mixing interference with parallel dual-channel is an efficient approach for multiple displacement measurement.      

正交偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉的实验研究

实验研究了He-Ne激光的一般自混合干涉和垂直偏振光分开探测的自混合干涉。研究表明,由于相邻纵模的模竞争效应,在垂直偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉输出光强中,始终有一种光强占优势。这种优势是随机的,并且与自混合干涉前的光的偏振态无关。     

抛物型发散梯度折射率纤维透镜的光线传播和近轴成像特性

本文从光线方程出发,讨论一种抛物型发散梯度折射率纤维透镜的光线传播和近轴成像特性,导出光线在纤维透镜中传播轨迹的解析解,并给出纤维透镜的等效焦距、主平面和焦平面位置的计算公式,以及近轴成像公式。     

Self-mixing interference inside a single-mode diode laser foroptical sensing applications

This paper presents a theoretical analysis and a comparison with experimental results on self-mixing interference inside a single-longitudinal-mode diode laser. A theoretical model, based on the steady-state equations of the lasing condition in a Fabry-Perot type laser cavity, is described, and through it a satisfactory analysis of self-mixing interference for optical sensing applications is given. In this work, the self-mixing interference produced by an external optical feedback is found to be due to the variations in the threshold gain and in the spectral distribution of the laser output. The gain variation results in an optical intensity modulation, and the spectral variation determines both the modulation waveform and the coherence properties of the interference. The theoretical analysis of the self-mixing interference is seen to yield a simulation of the laser power modulation which is in good agreement with the experiment results reported