1 南昌航空大学 江西省光电信息科学技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 南京航空航天大学 航空学院，江苏 南京 210016
4 中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710199
研发低功耗、微型化的电流传感器有利于实现电流状态的智能监测，在风力发电、智能电网以及电动汽车等领域有着潜在应用前景。提出一种基于回音壁模式微管腔的非接触式电流传感器。首先通过电弧放电法在薄壁石英管中制备了回音壁模式微管腔，模式谱稳定激发且规则，品质因子Q值达到3.45×107。其次，在微管腔中填充Fe3O4纳米粒子磁流体并插入Cu丝，构建非接触式电流检测环境，当通入的电流强度发生改变时，与Fe3O4纳米粒子的相互作用引起微管腔的磁热效应，进而影响微管腔的折射率与体积。实验结果表明：测试电流从0增加到30 mA时，微管腔的谐振波长漂移了0.0973 nm，谐振波长的相对漂移量与电流的平方成线性关系，灵敏度达到10.811 nm/A2，探测极限达到2.936×10-9 A2/nm。所设计的电流传感器具有结构简单、灵敏度高、探测极限低、体积小、不受电磁干扰影响等优势，为微腔在非接触式电流检测中的应用提供了新路径。
传感器 光学微腔 微管腔 磁热效应 电流检测 微腔传感
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710000
4 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应等非线性光学效应一直以来得到广泛研究。回音壁模式光学微腔具有超高品质因子和极小模式体积，日益成为了非线性光学相关研究的重要平台之一。使用超精密加工技术制备了氟化钙晶体微腔，品质因子Q值达3.6×108。搭建了基于光学微腔的非线性光学的实验平台，在连续波泵浦的条件下激发了氟化钙晶体微腔中的受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应。实验中记录了级联布里渊、布里渊耦合四波混频、拉曼辅助克尔、超宽拉曼光频梳等丰富的非线性光学散射效应。结果表明超精密加工得到的氟化钙晶体微腔在非线性光学中有着优异的表现，是研究非线性光学的理想平台。
光学微腔 氟化钙晶体 非线性光学 受激布里渊散射 光频梳 光学学报
2023, 43(16): 1623021
1 南昌航空大学 江西省光电信息科学与技术重点实验室，南昌 330063
2 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系，合肥 230026
设计并测试了两种基于微瓶腔结构的温度传感系统。分别基于电弧放电法和自主装法制备了氧化硅材料（SiO2）和紫外光固化胶（UCA）聚合物材料微瓶腔，通过锥形光纤耦合的方式分析了两种微瓶腔基本特性，并测试它们在温度传感中的应用。实验结果表明，SiO2微瓶腔在温度上升时的灵敏度为11.13 pm/℃，在温度下降时的灵敏度为10.25 pm/℃；UCA微瓶腔在温度上升时的灵敏度为111.89 pm/℃，在温度下降时的温度灵敏度为102.02 pm/℃。两者在上升和下降时均保持很好的一致性，尤其UCA微瓶腔温度灵敏度比SiO2微瓶腔提升了10倍。本文传感器具有体积小、价格低、可塑性和重复性好、灵敏度高等优势，在温度传感领域具有潜在应用。
光学微腔 传感器 温度 回音壁模式 Optical microcavity Sensor Temperature Whispering gallery mode
1 南昌航空大学江西省光电信息科学技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
针对超高品质因子Q值光学微腔实验系统的光谱数据采集难题，设计了一款针对光学微腔的光谱信号采集系统。对光谱信号采集系统进行了基本功能验证，证明了系统的稳定性和实用性；分别测试了基于电弧放电法制备的光纤微球腔与基于超精密抛光法制备的氧化硅晶体微盘腔。采集了光纤微球腔和氧化硅晶体微盘腔的透射谱，并对其模式谱线进行追踪。结果表明：光纤微球腔的Q值达到2.26×106，氧化硅晶体微盘腔的Q值达到109；采集系统具有很好的消噪功能，模式谱线能长时间保持稳定。针对超高Q值光学微腔开发的光谱信号采集系统具有很高的可靠性，可用于微腔光子学系统以及后续微腔传感应用开发。
集成光学 光学微腔 光谱采集 微腔传感 品质因子
南昌航空大学测试与光电工程学院无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
回音壁模式光学微腔凭借其超高的品质因数和极小的模式体积在微型激光器、光学滤波器、非线性转换器和光学传感器等光子学器件中扮演着重要的角色。然而，这类微腔光学系统的谐振特性受外界环境的影响非常大，需要消除外界环境对微腔器件的干扰才能进入外场应用。研究了回音壁模式光学微腔的间接封装技术，封装型微球腔器件的Q值达到5.1×107。研究了封装型微腔器件的稳定性，分析了谐振模式透过率、谐振点偏移和半峰全宽的艾伦方差。结果显示，设计的封装型微球腔器件有着很强的稳定性，并且具有强鲁棒性、便携性、隔离性、集成性等诸多优势，推动了微腔器件的实用化。
光纤光学 光学微腔 耦合 封装器件 稳定性 艾伦方差 中国激光
2022, 49(17): 1713002
1 南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
2 重庆联合微电子中心 硅基光电子中心，重庆 401332
克尔光频梳具有等距分布的梳状光谱结构，在精密测量、光钟、相干光通信、微波和光学任意波产生、光谱学及天文光谱仪校准等方面有着重要的应用。首先，微腔光频梳与其他光频梳系统相比，具有集成性高、体积小、功耗低的优势，大大扩展了光频梳的应用；其次，通过超精密加工方法制备了品质因子Q值达到了4.8×107的氟化镁微腔，并且得到了干净规律、排列规则的谐振谱，自由频率范围为9.73 GHz，为产生低重复频率光频梳提供了条件；最后，根据实验结果结合Lugiato-Lefever方程分析了氟化镁微腔光频梳的产生过程，研究了泵浦功率对光频梳的影响，通过调整失谐参数得到了孤子态光频梳。并且通过色散调控优化了微腔的光场模式，为产生具有超光滑光谱的孤子光频梳创造了先决条件，提升了光频梳性能。
光学微腔 氟化镁 品质因子 光频梳 孤子 optical microresonator MgF2 quality factor optical frequency comb soliton 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210481
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement of Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, China
The resonator integrated optic gyros (RIOGs) based on the Sagnac effect have gained extensive attention in navigation and guidance systems due to their predominant advantages: high theoretical accuracy and simple integration. However, the problems of losing lock and low lock-in accuracy are the bottlenecks, which restrict the development of digital RIOGs. Therefore, a multilevel laser frequency lock-in technique has been proposed in this Letter to address these problems. The experimental results show that lock-in accuracy can be improved one order higher and without losing lock in a variable temperature environment. Then, a digital miniaturized RIOG prototype (18 cm × 18 cm × 20 cm) has been produced, and long-term (1 h) bias stability of 26.6 deg/h is successfully demonstrated.
060.2800 Gyroscopes 120.5790 Sagnac effect 140.5960 Semiconductor lasers Chinese Optics Letters
2018, 16(4): 040601
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中, 相位调制器串联光波导谐振腔, 取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感, 调节激光器改变输出光的波长, 不仅可以调制光的强度, 还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时, 产生很强的延时特性, 可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5 cm、宽21 cm、高7 cm.实验中, 改变0.1 pm的光子波长, 能够产生步长为12.5~35.5 MHz的调谐, 调谐范围达2 GHz, 且系统能够产生10 GHz的微波信号, 在中心频率为10 GHz处其相位噪声为－109.7 dBc/Hz@10 kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.
光电振荡器 平面光波导谐振腔 可调谐 微波光子 相位噪声 Optoelectronics oscillator OEO Optical resonator The tunable Microwave photons Phase noise
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 太原 030051
提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数, 从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应, 同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验, 结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此, 此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。
热非线性效应 回廊模 微球谐振腔 聚合物涂覆 thermal nonlinear effect whispering gallery mode microsphere resonator polymer coating 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024126
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室, 北京 100190
光学微球谐振腔由于其具有超高的Q 值及极小的模式体积等优点，在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究。测试了未封装和封装后微球腔谐振波长随温度的变化，实验结果表明随温度增大，谐振波长线性红移，且线性度高。二者温度系数不同，未封装时为25.6 pm/℃，封装后为4.4 pm/℃，主要原因为紫外胶的负热光系数所致。理论分析了紫外胶的热光效应，通过控制紫外胶厚度可以改变光在紫外胶中的比例，从而调节温度系数。当光在紫外胶中比例为0.1135 时，温度系数变为0，可以抑制温度漂移，实现了温度补偿；该比例继续增大，温度灵敏度提高。低温漂、高灵敏度、微型化拓宽了回音壁模式(WGM)传感器的应用潜力。
光学器件 微球谐振腔 回音壁模式 温度系数 热光系数
