摘要：为满足某些国家工程的发展需要,比如说航天领域内,液态燃料液位监测作为飞行指标考核的一个关键参数,检测精度直接影响到各类飞行器的指标实现效率。基于塑料光纤弯曲损耗和受抑全内反原理,设计了一种可实现单点离散与多点连续的液位传感系统。理论分析后,使用实际器材验证理论分析,阐述了操作原则、系统结构和技术优势,分析了进行液位测量的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了离散和连续式液位传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。实验结果表明:所提出的新型液位传感系统不仅可以实现液位的测量,而且具有较好的测量一致性和易实现性。其中连续液位测量系统达到了测试量程450 mm,测试灵敏度为0.808 3μW/mm的液位测量。对工程应用领域的具有较好的参考意义。

摘要：波导耦合器是组成光纤传感系统和光纤通信系统光收发组件及模块的重要元器件,是实现光收发模块一体化光电集成的基础。给出了一种用光纤陀螺系统的X型四端口波导耦合器的工作原理,采用有效折射率法和BPM(Beam propagation method)法建立了耦合器的数学模型,计算并分析了耦合器尺寸在尽可能小的情况下和在满足单模传输的条件下耦合器的耦合系数、有效耦合长度、分光比以及回波损耗等参数之间的关系,并对其关键技术进行了系统的研究。仿真结果表明,所设计的波导耦合器在低损耗情况下分光比可达到50%∶50%,耦合器全长为33.5mm,输入输出波导间距为410μm,芯层截面积为6μm×6μm。

摘要：机械耦合效应严重制约了一体差动式振梁加速度的精度提高。为了降低机械耦合效应,提高加速度测量精度,设计了一种新型一体差动式石英振梁加速度计敏感头。首先,介绍了机械耦合效应所引起的"锁频"问题,建立了机械耦合效应数学建模。其次,依据机械耦合数学模型,对加速度计敏感结构进行优化。最后,通过有限元方法进行仿真,验证了理论设计的合理性。实验证明:新型一体差动式石英振梁加速度计具有低机械耦合效应、高灵敏度、小型化等优点。

摘要：给出了一种集成光学陀螺谐振腔的优化设计方案,在保证集成光学陀螺精度的同时更利于微型化。选用传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料作基底,谐振腔内损耗仅为0.5dB,保证了谐振腔的高清晰度;采用准单模矩形波导结构,利用弯曲波导对一阶模的有效限制实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。在激光器线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,系统的极限灵敏度为1.6°/h。

摘要：为了提高加速度计的灵敏度,以适应高精度测量的需要,加速度计光学传感器结构灵敏度的提高是至关重要的。在比较了现有光栅加速度计光学传感结构的基础上,提出了一种新型的基于微米光栅的加速度计光学传感器结构的理论设计,建立了数学模型,并对其光学结构的性能进行了分析。给出了衍射光光强分布的理论公式,利用Matlab绘制出光强的变化曲线,分析了光学结构参数对传感器灵敏度的影响。通过改变光学结构的主要参数,能够提高光学传感器结构的灵敏度。进行了光学传感器结构的演示实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

摘要：针对传统悬臂梁-质量块结构加速度计存在的灵敏度与固有频率不能兼顾的问题,设计一种差动式光纤Bragg光栅加速度计,建立系统模型,对测量精度等进行理论计算与分析.传感头设计采用主梁与微梁结合的结构,是悬臂梁-质量块结构的一种改进形式,并运用有限元方法对其静态特性和动态性能进行仿真分析.结果表明:该设计系统精度可以达到10.5×10-3g,固有频率为270Hz,固有频率是同等精度的传统悬臂梁结构光纤光栅加速度计的2.7倍;此结构的加速度计在不降低灵敏度的同时可以有效提高系统的固有频率.

摘要：介绍了一种以微米衍射光栅为敏感元件的微机电加速度计敏感头的加工和性能。硅质量块底部加工有铝反射膜,透明玻璃基底上制作有金微米光栅,中间为空气腔,经硅玻璃阳极键合,构成敏感头的核心敏感部件。光源透过透明基底,照射在光栅上,在反射场内会产生一系列衍射级次,且各级次衍射光强与外界加速度之间呈函数关系。完成了微米光栅加速度计敏感头的加工,搭建了实验测试平台,完成了加速度计的灵敏度以及静电驱动性能测试。为未来新型集成式微米光栅加速度计设计和加工提供参考。

摘要：干涉式集成光学陀螺仪利用光电子集成技术实现陀螺系统的芯片化,在实现高性能的同时,可实现批量化生产,满足低体积、重量、功耗和成本(SWa P+C)指标,在无人领域具有重要应用前景。根据干涉式集成光学陀螺的发展脉络及趋势,设计了基于氮化硅的低损耗波导环和单偏振波导谐振腔、异质波导集成耦合结构等关键部件,搭建了基于无源芯片与光纤环的干涉式集成光学陀螺实验样机,实现精度0.03°/h(Allan方差),为目前国内已有报道同类陀螺系统的最优精度。最后,给出了干涉式集成光学陀螺的应用前景分析。

摘要：在光纤陀螺向高精度和小型化的方向发展的背景下,针对光纤陀螺用光收发组件对器件小型化、易集成的特殊要求和超辐射发光二极管SLD(Super-Luminescent Diode)出射光束的特点,提出利用双焦距双柱透镜准直整形系统对SLD光束进行准直、整形.根据椭圆高斯光束的特性,利用几何光学法和矩阵光学法,分别对该双柱透镜的重要结构参数(曲率、柱透镜厚度)进行了详细的计算及分析,并且利用矩阵光学法得出系统的光线传输矩阵,对该双柱透镜的结构参数进行优化设计.利用CODEⅤ光学仿真软件对优化后的系统进行仿真,得出准直整形后光束在xOz平面和yOz平面内的发散角仿真值均低于0.05 mrad,且光斑为圆形.

摘要：内窥镜物镜是双光子成像应用于医疗内窥成像的关键部件,物镜的成像质量和信号光收集效率对最终图像的质量至关重要。为光纤扫描式双光子成像系统设计了一款高收集效率、大视场、结构紧凑的物镜。在该系统中,920nm飞秒激光从双包层光纤纤芯部分出射,经过物镜后激发样本,激发出的460nm二次谐波和510nm荧光再次经过物镜后被收集到光纤包层中。在此过程中,为了提高荧光的收集效率,对物镜组进行轴向色差设计,以使更多的荧光进入光纤包层部分。利用Zemax光学设计软件进行系统优化设计,设计结果表明:物镜组在920nm波长下全视场范围内的调制传递函数在700lp/mm处大于0.25,满足激发光的使用要求;在Zemax软件非序列模式下,将设计的物镜和传统梯度折射率物镜的信号光收集效率进行比较,仿真结果显示,所设计的物镜的信号光收集效率高达54%,比传统梯度折射率物镜提高了2倍以上。