摘要：设计了一种基于光纤法布里-珀罗干涉(FPI)和表面等离子体共振(SPR)效应的高精度液体热光系数传感器。该传感器利用端面固化了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的单模光纤(SMF)和无芯光纤(NCF)在毛细硅管中构造了PDMS-Air-PDMS非本征FPI结构,并在NCF侧面镀银纳米膜构造SPR传感单元,实现了温度和折射率的高灵敏度测量。通过FPI对SPR传感单元进行了温度补偿,消除了交叉干扰。实验结果表明,传感器在1.333~1.371折射率范围内的灵敏度达到2913.68 nm/RIU,在20~80℃温度范围内灵敏度达到597 pm/℃,无水乙醇的热光系数测量误差仅为0.82%。该传感器具有高精确度、制作简单、集成度高、无串扰和无交叉敏感等优点,在生物医学和生物化学领域中有着广阔的应用前景。

摘要：针对微型光谱仪难于兼顾光谱分辨率和光谱范围的问题,提出一种级联微型法布里-珀罗干涉仪和微型曲面光栅光谱仪的设计方法。分析了两种光谱仪匹配设计的条件以及级联光学系统的光谱特性,并提出了一种光谱数据重构算法。用ZEMAX软件设计了一款激光拉曼光谱仪,该光谱仪的尺寸为25mm×6mm×6mm,数值孔径为0.22,拉曼光谱范围为150〜3200cm^-1光谱分辨率约为6cm^-1。仿真了标准拉曼光谱信号的扫描过程,并用长度为2.4mm的线阵探测器对光谱信号进行采样,重构的拉曼光谱分辨率约为6.4cm^-1,与标准拉曼光谱的偏差为0.4cm^-1,验证了该设计方法和重构算法的可行性。同时,该光谱仪可以基于微机电系统工艺实现微型化和低成本化,满足手持式、便携式光谱检测和工业在线光谱检测的应用需求,具有较高的实际应用价值。

摘要：近年来研究者借鉴游标卡尺和气压计中的游标(Vernier)结构,在多波长光纤激光传感器中使用双干涉仪级联的方式产生Vernier效应,用来提升传感器的灵敏度。本文通过仿真与实验测试,对光纤Sagnac干涉仪(FSI)和光纤法布里-佩罗干涉仪(FFPI)级联产生的Vernier效应进行了研究,设计了两种不同结构的温度传感器,研究了级联结构对传感器温度灵敏度的影响并进行了实验测试。结果表明,温度灵敏度从-1.7 nm/℃(FSI温度传感灵敏度)和0.008 nm/℃(FPI温度传感灵敏度)分别提高到10.28 nm/℃和10.64 nm/℃,基于Vernier效应,温度传感器的灵敏度提升超过6倍,实验结果与理论分析基本一致(10.82 nm/℃)。

摘要：针对线性调频连续波位移传感器信号采样率和信号处理速度低的问题,本文基于STM32H743芯片设计了一种法布里-珀罗干涉仪结构的光纤位移传感器。该光纤位移传感器使用锯齿波对激光器的频率进行调制,选用STM32H743作为核心处理器提高信号采集和处理速度,其主频为400 MHz,模数转换器最大转换速率为4.5 MHz,再结合调频连续波激光干涉测量技术对固定腔长的不锈钢钢管和运动目标的位移量进行测量。实验结果表明,该位移传感器在200~400 mm测量实验中,对1 mm/s运动目标的测量结果标准差小于3.3 nm,在600 mm范围内线性拟合系数在0.99998以上,其在位移测量领域具有良好的应用前景。

摘要：根据并联型游标效应的工作原理,提出一种通过叠加光谱实现游标效应的增敏方法。通过法布里-珀罗(F-P)温度传感干涉仪获得实测的反射光谱,然后在数据处理时叠加上根据F-P干涉原理获得的参考干涉仪的反射光谱,实现了游标效应。在30~55℃的温度范围内,实现了5.0380 nm/℃的温度灵敏度。通过改变参考干涉仪的腔长,可以实现可控的温度灵敏度,通过调整参考干涉仪入射光的初始相位,可以使游标包络中用于测量的谷值点落在任何需要的波长位置。同时,分别设计和制备了腔长为118.60μm的F-P传感干涉仪和腔长为96.60μm的F-P参考干涉仪,进行了基于并联型游标效应的温度增敏实验,获得了2.7984 nm/℃的温度灵敏度,其与叠加具有相同腔长的F-P反射光谱实现的温度灵敏度一致,相对误差仅为0.57%。可见通过叠加光谱实现游标效应是可行且有效的,同时也很好地解决了参考干涉仪易受外界环境影响的问题。

摘要：设计了一款基于飞秒激光直写的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉型光纤传感器,实现了位移与外部应变双参数的测量,研究了该传感器的实现原理,并进行实验验证。首先用飞秒脉冲激光在标准单模光纤(single mode fiber,SMF)的纤芯的纵向上刻两道长度为48μm的线,两线间的距离为105μm,形成一个F-P谐振腔,将该结构的其中一端切平,与一个全反镜共同形成一个复合的干涉仪,从而构成位移传感器;再将切平的那一端打结,又可以进行应力的测量。实验结果表明,该结构在Dip1位置的位移灵敏度为-440.3 pm/μm,线性拟合系数为0.9903;该结构打结后,可以测得Dip2位置的应变灵敏度为1.2 pm/με,线性拟合系数为0.9924。传感器制作简单,成本低,结构微小,线性度良好,容易重复。该传感器在位移传感和应变传感领域中均具有一定的实用价值。

摘要：为了测量高速流场的湍流度,研究了基于法布里-珀罗(Fabry-Pérot)干涉仪的干涉瑞利散射测速技术。设计了干涉瑞利散射速度测量装置,主要由大功率窄线宽连续激光器、法布里-珀罗干涉仪和高帧频EMCCD相机组成,激光器提供连续光源照射流场形成气体分子瑞利散射,并通过法布里-珀罗干涉仪和EMCCD,实现了对流场气体分子瑞利散射光谱精细分辨,获得了高时间分辨速度测量结果。经过理论分析,该装置的速度分辨率为1.23m/s;通过与热线风速仪湍流度测量实验的结果进行对比,验证了干涉瑞利散射测速技术具备流场湍流度非接触测量能力;利用干涉瑞利散射测速装置,在0.3m×0.3m跨超声速风洞上,开展了Ma3.0条件下流场湍流度测量实验,获得了超声速流场的平均速度和湍流度测量结果,装置时间采样率达到4kHz。

摘要：可调谐红外滤光片是高分辨率红外成像仪谱段识别和分光的重要光学器件.本文介绍了一种新型可调红外滤光片———液晶法布里-珀罗滤光片的基本原理、设计参数、制作方法,分析了这种滤光片的透射光谱、精细度、带宽、镜面反射率和腔长之间的关系,以及外加电压和温度对透射波长的影响,给出了消除偏振效应的几种方案.并对液晶法布里-珀罗滤光片在空间遥感,特别是红外探测方面的应用前景进行了展望.

摘要：声压敏感薄膜对光纤FPI次声传感器灵敏度、抗电磁干扰、远距离衰减程度等性能有着重要影响。基于国内外研究现状,针对光纤FPI次声传感系统,设计了一种用于低频次声探测的新型复合薄膜,并利用ANSYS软件对其在均匀受压下的静态响应和在次声频段的动态响应进行了研究。研究表明:复合材薄膜在低频次声波段具有非常高的应变灵敏度(nm/Pa数量级);在同等压强载荷下,对形变量影响最大的是橡胶膜厚度,金属薄膜厚度、金属薄膜材料、金属薄膜直径对薄膜形变量影响较小,橡胶膜厚度大于4μm时线性度较好;复合薄膜在低频次声波段具有高的应变灵敏度和平坦的频响曲线。研究结果可为光纤FPI次声传感器性能优化提供参考。

摘要：设计了一款基于光纤F-P干涉仪型的位移传感器。首先,将单模光纤和毛细石英管熔接在一起,用飞秒激光微加工技术把毛细石英管切成长度为100μm,端面为光滑平面;然后,把该结构固定在精密位移平台上,在毛细石英管末端面位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。在实验时,通过调节精密位移平台上的千分尺改变毛细石英管与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验发现传感器反射谱谐振峰的中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器的最大位移灵敏度为254 pm/μm,测量的最大位移量为90μm。设计的光纤位移传感器结构简单、易于制作、灵敏度高,在航空航天、海底探测、工业精密加工等精度要求高的微位移测量场合具有一定的应用前景。