摘要：设计了一种闭环反馈差动式双FP腔的微光机电(MOEMS)加速度计,介绍了其工作原理及系统构成.利用惯性敏感单元将对载体加速度的测量转变为对载体位移的测量,利用光纤自聚焦透镜的端面与质量块组成的FP腔测量载体位移.为了提高系统的测量灵敏度和抑制温度等环境因素的影响,设计了一种差动式双FP腔测量机构.为提高微加速度计的输出线性度和动态测量范围,提出了采用静电力平衡技术构成闭环加速度计.建立了其数学模型,对所设计的加速度计重要参数指标———灵敏度、敏感头受载、固有频率等一一进行了详细计算和分析.在此基础上完成了设计背景要求下加速度计参数的优化设计,结果表明:该系统精度可以达到5×10-6g以上.

摘要：针对干涉型光纤传感器,提出一种利用虚拟干涉仪实现灵敏度可调控的光学游标增敏方法,并将其应用于光纤法布里-珀罗(FP)温度传感器的增敏测量中。通过将拉锥光纤插入封有UV胶的毛细管中制得所设计的温度传感器,利用UV胶在不同温度下的体积膨胀与收缩改变FP腔长,使其干涉谱发生漂移,从而实现温度测量。根据干涉公式得到虚拟干涉谱,该虚拟干涉谱与温度传感器干涉谱叠加后产生并联式光学游标效应,通过测量叠加谱包络的漂移实现温度的增敏测量。在分析游标增敏原理的基础上,通过改变双腔长度,对游标包络的放大情况进行了仿真,制备出温度传感器样品,通过实验实现了多种温度灵敏度的调控,验证了该增敏方法的可行性。该游标增敏方法避免了实体参考干涉仪引入的误差,且灵敏度调控更加灵活和准确,具有较好的应用前景。

摘要：针对光纤微腔盐度传感器的温度交叉敏感问题,设计了一种基于陶瓷插芯和氧化锆套筒相结合的开放式盐水腔,利用氧化锆的正热膨胀系数抵消盐水的负热光系数,补偿温度对盐度测量的影响。为进一步提高盐度检测灵敏度,将开放盐水腔和封闭空气腔并联,通过精确控制两腔的自由光谱范围,使干涉谱产生游标效应,利用游标现象实现盐度灵敏度放大。实验结果表明:盐水腔的温度灵敏度仅为0.025 nm/℃,远低于盐水热光系数导致的温度灵敏度(-0.35nm/℃);在0~3%的盐度内,并联双腔的盐度灵敏度达到了0.180 8 nm/%,比单个盐水腔的盐度灵敏度提高了10.5倍。该传感器具有易于制造、灵敏度高、性能稳定等优点,理论上可实现温度的完全补偿。

摘要：设计并自制了一种平行平面腔法布里-珀罗干涉仪,将脉冲染料激光器的输出线宽由4 GHz压缩至340 MHz。采用法布里-珀罗标准具拍照法对激光线型进行实时监测,实现了脉冲激光线型的同步扫描;配合碘吸收谱测量,搭建了经线宽压缩的脉冲染料激光的100 MHz量级的精细波长调谐及标定系统。将该激光系统用于氧化物阴极放电氩等离子体的激光诱导荧光诊断中,验证了线宽压缩系统的可行性,离子速度分布函数的速度分辨率可达200 m/s。

摘要：提出了一种基于法布里-珀罗干涉的方法用于原子力显微镜微悬臂偏移量的检测.设计了一个球面反射镜与微悬臂组成的半球面布里-珀罗腔,并利用高单色性的激光器作为光源,激光光束在半球面布里-珀罗腔中多次反射并原路返回形成干涉.根据多光束干涉原理确定干涉光强与腔长之间的关系,利用强度解调的方法计算微悬臂的偏移量并反馈给原子力显微镜系统.最后根据该方案搭建一套微悬臂偏移检测系统,实验获得30nm的工作范围内99.9%的线性拟合度,微悬臂最小位移分辨力为0.26nm,实验结果和理论分析一致,证明了该系统的实用性.

摘要：基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

摘要：干涉式长波红外光谱成像技术以其独特的工作原理和谱段特性,在众多领域具有广泛的应用前景。为解决仪器小型化、轻量化问题,研究了一种基于变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉仪的新型长波红外光谱成像系统。在分析系统工作原理的基础上,研究了确定F-P干涉腔两反射面的反射率、变间隙干涉腔的楔角等主要参数的理论依据;搭建了实验系统,得到了整个装置对黑体宽波段热辐射的响应;通过将系统测得的聚丙烯薄膜的透过率曲线与高精度光谱辐射计测量结果进行比较,结果显示系统光谱分辨率满足理论设计要求。研究表明:该系统能够有效满足长波红外光谱成像系统的轻便化、小型化的需求。

摘要：设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。

摘要：随着社会经济水平的不断提高,糖尿病患者的数量和比例正在迅速增加。目前糖尿病人的血糖浓度监测都是通过血糖仪实现,这种有创的方法不仅繁琐,还会给病人造成负担和痛苦,不适合作为糖尿病患者血糖浓度的长期监测手段。呼吸气体中的丙酮浓度可以反映人体的血糖浓度,因此,可以用无创的方式,通过测量呼吸气体中丙酮的浓度来达到对糖尿病人血糖浓度监测的目的。通过飞秒激光诱导的双光子聚合技术,在单模光纤端面制备了聚合物微柱,设计了一种用于丙酮气体浓度检测的新型光纤传感器。当构成微柱的聚合物材料吸收丙酮气体后,由微柱结构与光纤端面构成的法布里-珀罗干涉仪的反射光谱会发生相应的漂移。传感器对丙酮气体浓度的检测范围为1×10^(-9)~1×10^(-3),检测下限达到1×10^(-9),传感器具备对呼吸气体中低浓度丙酮气体检测的能力。该传感器具有高灵敏度、高集成度、简单易用等特点,有望通过无创的呼吸检测方式,成为糖尿病人血糖浓度检测的新手段。

摘要：目前太赫兹技术的研究主要集中在它的产生、探测机理研究上。由于太赫兹波处于微波和可见光之间的频率范围,已有的微波和光波理论是否能适用于太赫兹波或者具有某些共同的特性仍需实验验证。通过实验分析验证了太赫兹波在空气介质中在垂直于传播方向的平面内场振幅是服从高斯函数分布的,测量给出了太赫兹波的能量分布图。根据测试数据推导出太赫兹波在空气介质中能量衰减公式,利用法布里-珀罗(F-P)干涉仪原理设计出太赫兹波长仪,对美国Corehent公司SIFIR-50THz太赫兹激光器发射的1～3THz波长进行了测量。讨论分析了远场发射角、光束入射角度、机械振动、温度波动和折射率n波动等相关因素对测量精度的影响。