基于光纤位移测量的透明液体折射率测量方法

本文提出了一种基于光纤位移测量的液体折射率测量方法。首先,采用激光干涉法设计了 液体折射率测量的光学系统,并基于激光散斑消除理论,设计了针孔滤波器合理消除散斑, 提高了系统的抗干扰能力;其次,对测量系统中的位移测量方法进行分析和研究,提出了 一种光纤式位移测量方法,并设计应用反射式光纤位移传感器,取消传统的条纹计数,实 现了位移的高精度测量,其测量分辨力可达微米级;再次,采用机械位移驱动系统,驱动 光学系统元件移动来实现光程差的自动变化,其驱动分辨力可达纳米级;最后,搭建液体 折射率总体测量演示验证系统,以纯水、溶液为实验对象,其所需待测样品的容量少 于0.001ml。实验结果表明:纯水折射率 的测量精度可达1.5×10－3, 溶液折射率测量精度可达2.1×10－3,表明该测量方法可实现液体折射率的非接触、高精度 、智能测量。     

基于短相干技术的光学平板折射率测量方法

为测量光学平板玻璃折射率,提出一种改进的基于迈克耳孙原理的折射率测量方法。利用短相干光源的空间相干性,结合距离测量工具,可准确获得光学间隔间的距离。分别测量放入样品前后以及按照一定角度旋转样品后的光学距离,同时利用折射定律,可以计算得到光学平板玻璃的折射率。提出了一种迭代计算方法,不需要直接求解一元四次方程,实现了折射率的快速计算。分析距离和角度测量误差以及样品平行度引入的误差可知,本文方法折射率测量误差优于5×10~(-5)。与V棱镜折射率测量方法进行比较,结果验证了本文方法的正确性。     

基于电光调制光频梳绝对测距的理论及实验分析

为满足高精度、大尺寸、高动态的测量需求,提出一种基于光学频率梳方法的绝对测量方案。采用级联相位调制器和强度调制器的电光调制方法生成平坦的光学频率梳,可以实现频率的直接溯源,成本低且易于复现。实现了对数学模型的建立及生成质量的评估,并且将其应用于改进的多波长测距系统中。该系统实现了对传统的多波长测量系统的简化,通过解算出合成波长的相位信息实现了对绝对距离的测量以及对测量过程中噪声和不确定度的分析。     

人体组织光学穿透深度和折射率的测量

给出了人体组织光学穿透深度和折射率测量技术和两组实验结果.作者开发了一种测量光学参数的新方法,这种间接测量法用漫射理论的解结合Monte Carlo模拟的一个结果,通过测定组织体表面漫反射率和体内光能流率分布计算出人肺癌组织和正常组织的光学衰减系数和穿透深度,分别获得了406.7～415.4 nm,632.8 nm和676 nm激光辐射下离体肺样品的测量和计算结果.此外,我们已经开发出一种基于全反射原理测量生物组织折射率的简便方法.该法的主要优点是消除了组织体强散射的影响,适合于小样品和高精度测量.作者测量了不同年龄、性别和肤色的皮肤折射率,这是活体人组织折射率的第一组数据.皮肤的测量结果表明该测量方法是有用和可靠的.(OF7)     

两种透明介质微小折射率差高精度测量的新方法

对现有折射率的测量技术进行分析,提出了一种测量两种透明介质间微小折射率差的新方法。首先,介绍了微小折射率差干涉测量方法的原理,并对该测量原理利用Zemax光学仿真软件进行了理论模拟论证。该实验中首先,采用热键合技术制备包含两种被测量材料的组合平板;其次,利用干涉测量仪及外光路测量样件界面区域不同入射角下的光程差;再者,利用几何光学中的折射定律,推导折射率分布与干涉光程差的关系式。最后,通过二次曲线拟合获得正入射时的光程差微小变化值、换算得到样件两种材料的折射率差值。实验测量了1 at.% Yb3+::YAG晶体与YAG晶体的热键合样品的折射率差,测量值为5.4110-5,测量系统精度10-7量级。结果表明:该测量方法原理简单、操作简便,测量精度高。     

基于激光测量的高速非接触角度检测技术研究

提出了一种基于光学三角法测距原理的高速非接触光学角度测量方法,利用两个激光位移传感器测量物体具有角度变化时产生的位移,实时计算得到物体一维运动角度,在摇摆台上进行角度范围及精度的实验,并使用光纤陀螺进行角度实时同步测量,通过最小二乘拟合法对误差进行补偿。实验结果表明,该系统的角度测量范围±10°,角度测量精度±0.005°,测量频率2000 Hz。该角度测量技术使用非接触光学测量方法,对被测物体表面无损伤。     

相干泵浦微腔光孤子基础与双光梳应用（特邀）

光学孤子是指一种通过非线性折射率势阱维持脉冲形状不变的光波,它广泛存在于光纤、飞秒激光器、参量振荡器等系统中。近年来,人们在相干泵浦下的高Q值微腔中也观测到了光孤子,这为研究光孤子性质提供了新的实验平台。又因为微腔光孤子在频域上对应高重频的光学频率梳,微腔光孤子的诞生也极大地推动了小型化光学频率梳的发展。微腔光孤子频率梳已经可以实现自参考锁定;这使得片上集成的光频合成器、光原子钟、波分复用光源、微腔光谱仪、微腔激光雷达等众多应用成为了可能。文中介绍了微腔光孤子的产生基础,特别是光孤子相互作用相关的研究,还讨论了基于微腔的双光梳测量在高速成像与中红外气体光谱分析上的应用。     

光学玻璃光学均匀性的绝对测量技术

光学玻璃的光学均匀性的测量是制造高质量光学玻璃的保证 ,本文详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的绝对测量方法 ,并利用其中的一种方法研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪 ,实验结果表明其对 40mm左右厚光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 - 6 。     

全同步数字频率测量方法的研究

频率测量不仅在工程应用中有非常重要的意义,而且在高精度定时系统中也处于核心地位,±1个计数误差通常是限制频率测量精度进一步提高的重要原因。阐述了常用数字频率测量方法的基本原理和各自优缺点,在分析±1个计数误差产生原因的基础上,提出了利用被测信号、时钟基准和测量门限相位的全同步来消除计数误差的频率测量方法,给出了基于FPGA实现该方法的实验原理和实验对比结果。     

纤维光学中的测量方法

光学技术的最新进展,迫切要求建立正确而高精度的测量方法。本文评论了目前用于确定光纤波导特性的各种测量方法,包括光纤衰减,延迟畸变,折射率分布,纤维直径和机械强度等的测量方法。若不了解所测量参数的物理机理,就不可能建立精确的测量方法。所以本文也简要提到纤维衰减和模式延迟产生的主要原因。     

基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器

设计并制作出了一种基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器。MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术,驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相位调制。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器,避免了拉伸光纤或改变折射率的困难,具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。采用MEMS工艺成功制作出MEMS光纤相位调制器,并实现Michelson光纤干涉仪。利用ASE宽带光源对光纤相位调制器的静态调制特性进行测试,采用Michelson光纤干涉仪对光纤相位调制器的动态调制特性进行测试,结果表明,MEMS光纤相位调制器50V偏压实现了1 550nm光波的2π相位调制,当器件谐振频率为7.15kHz以及交、直流电压幅值分别为12.5V时,响应幅值可达6.8μm,可以实现多个2π的相位的正弦调制。     

飞秒激光频率梳测距综述

精准的距离测量对于卫星编队飞行、行星空间定位、大型结构形状测量、微小位移测量以及工业制造测量等方面具有重要意义。近年来,基于飞秒激光频率梳的测距技术以其测量速度快、准确度高等优点成为国际研究热点。在简要阐述飞秒激光频率梳原理特性基础上,分析了目前国内外主要的飞秒激光频率梳测距的原理及测距结果,包括飞行时间法、多波长干涉法、双频率梳法、空间色散干涉法、实时色散傅里叶变换法以及多技术综合测距法。简要介绍了在测量过程中对空气折射率修正和色散补偿方法,对各类测距方法进行了对比总结,着重介绍了基于飞秒激光频率梳的测距最新研究进展。     

A Monolithic MQW InP–InGaAsP-Based Optical Comb Generator

We report the first demonstration of a monolithic optical-frequency comb generator. The device is based on multisection quaternary/quaternary eight-quantum-well InP-InGaAsP material in a frequency-modulated (FM) laser design. The modulation is generated using quantum-confined Stark-effect phase-induced refractive index modulation to achieve fast modulation up to 24.4 GHz. The laser was fabricated using a single epitaxial growth step and quantum-well intermixing to realize low-loss phase adjustment and modulation sections. The output was quasicontinuous wave with intensity modulation at less than 20% for a total output power of 2 mW. The linewidth of each line was limited by the linewidth of the free running laser at an optimum of 25 MHz full-width at half-maximum. The comb generator produces a number of lines with a spacing exactly equal to the modulation frequency (or a multiple of it), differential phase noise between adjacent lines of -82 dBc/Hz at 1-kHz offset (modulation source-limited), and a potential comb spectrum width of up to 2 THz (15 nm), though the comb spectrum was not continuous across the full span.     

基于SPR光谱分析的液体折射率计

为了更好地测量液体折射率，提出了一种基于表面等离子共振波长测量液体折射率的方法，采用Kretschman结构建立了模型，进行了软件仿真，并搭建实验平台进行了实验研究，分析了实验和理论之间的误差来源。结果表明，当折射率在1.33RIU~1.36RIU的范围内变化时，表面等离子共振吸收峰随液体样品折射率的变化产生了频移，其灵敏度可达4808.94nm/RIU。该方法可以准确测量液体的折射率，且系统结构简单，具有较高的灵敏度。     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

基于空芯光子晶体光纤的F-P干涉式折射率计

提出了一种基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)的Fabry-Perot(F-P)干涉式高灵敏度折射率计。利用被测液体进入F-P腔后可改变腔内介质的折射率,从而使得干涉光光程差发生变化这一特点,通过检测光程差的变化就可实现对液体折射率的测量。实验结果表明,对折射率在1.3340～1.3612内变化的不同浓度酒精溶液测量时,光程差变化了9.508μm,其折射率测量灵敏度可达187μm/RI     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器的设计与分析

为了实现光子晶体光纤在近红外波段下的高灵敏度传感,设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(SPR-PCF)折射率型传感器。光纤内部的空气孔呈六边形排列,金纳米层完全包覆光纤外璧并与圆形待测物通道接触。利用有限元矢量软件COMSOL对SPR-PCF传感器的光学特性进行数值模拟仿真,得到不同待测物折射率的共振波长并绘制出纤芯损耗光谱,通过纤芯损耗光谱来对SPR-PCF传感器的传感特性进行分析。实验结果表明,其折射率测量区间为1.31~1.38,最大光谱灵敏度为104 nm/RIU,最大振幅灵敏度为200RIU-1,折射率测量精度为2.94×10-5RIU。     

Monitoring technology of salinity in water with optical fiber sensor

A novel optical fiber sensor used for remote monitoring of salinity in water is proposed. Based on the detection of beam deviation due to the refractive index changes of the salt water, salinity can be measured by a position-sensitive detector. The measurement principle is theoretically described. Preliminary prototype is set up, and experimental results indicate the feasibility of the method. Salinity measurement resolution can reach 0.012%o within the measurement range from distilled water to salt water with salinity of 50%o.     

任意波长间隔的光纤光栅梳状滤波器设计与实现

采样啁啾光纤光栅理论是实现超高信道数梳状滤波器的理想方案,但是一个啁啾模板只能实现特定波长间隔的光梳状滤波器。提出一种利用光纤布拉格光栅(FBG)直流相移实现任意波长间隔梳状滤波器方法。该方法只需一个啁啾模板与亚微米精度的位移台,在灵活性、简单性和制作成本方面有明显优势。仿真和实验表明FBG直流折射率调制可以引入任意的相位偏移。利用该方法实现了波长间隔为100,50,40GHz的梳状滤波器。最后分析了直流相移光栅长度与相位误差对滤波器边带抑制度的影响。