采用非相干光作为光源, 以平面镜为反射面, 对光纤位移-振动传感器的性能进行研究。推导出光纤输出功率与测量距离的解析表达式, 并详细探讨了不同光纤半径、光纤数值孔径、发射光纤和接收光纤间距、发射光纤和接收光纤轴线夹角下输出功率比与测量距离之间的内禀关系。仿真结果表明: 光纤半径越小, 光纤间距越大, 可以测试的距离范围越小; 光纤数值孔径、光纤轴线夹角越小, 可以测试的距离范围越小。通过分析不同情况下, 输出功率比随测量距离变化的关系, 可以在实际工程应用中根据测量需要选择设计合适的传感器。此外, 还对测量误差进行了分析, 得到光纤轴线夹角越小, 测量距离的范围越大, 误差率越小, 当光纤轴线夹角为0.25°时, 误差率约为1%。

本文将谐振腔视作线性时不变系统,借鉴线性系统信号处理的方法,考察了谐振腔对光波的动态响应,得到相应的数学解析描述,该方法可以适用于任意形式的注入光波.从这个角度分析,传统的脉冲腔衰荡光谱技术实际上是考察谐振腔的冲激响应,而连续腔衰荡则是考察谐振腔的阶跃响应.此外,针对注入光波长缓慢变化的特殊情况,考察了谐振腔对频率线性啁啾光波的响应,并获得了解析形式的数学描述.在此情况下,谐振腔输出的光功率信号的频谱包含了腔内光谱的信息,利用本文的数学描述,可以很容易地从信号频谱反推出待测光谱.据此,提出了一种谐振腔增强光谱测量的新方法,称为频域腔衰荡光谱.本文的研究成果可以应用于各种类型的谐振腔增强光谱,也可以应用于基于谐振腔的各类光学技术,比如P-D-H激光稳频技术.

在各种波长调制光谱理论中, 波长调制函数的形式一般是随时间变化的正弦函数, 而在实际应用中, 标准的正弦函数信号容易混入高次谐频而失真, 从而给系统引入误差。 理论研究了当正弦波长调制函数中混入二倍频项时洛伦兹线型的傅里叶级数, 推导了该条件下洛伦兹线型的N阶傅里叶系数的表达式。 表达式中引入了谐波失真度参数K以表示二次倍频分量与基频的比值, 并针对K>001与K<001情况分别作了数值仿真, 仿真结果表明: 当K小于001时, 正弦调制函数的谐波失真带来的影响可以忽略, 当K接近或高于01时, 则会导致洛伦兹线型傅里叶级数幅度曲线中心点偏离原点, 并且谐波曲线的阶次越高, 或谐波失真度越大, 曲线的偏离程度越严重。 另外, 仿真了在K大于001时, 不同的调制度对奇数和偶数阶谐波幅度曲线的影响, 结果表明存在一个最佳的调制度可以使谐波失真对正弦波长调制的影响最小。 结果有利于加深对波长调制光谱的认识, 对激光稳频技术也有重要的参考作用。

用红外光纤分光法对桥丝式电点火头中的感应电流进行非接触式远程测量.从红外辐射理论和实验两方面证明该方法的可行性.对桥丝产生的弱信号红外辐射进行光调制和锁相放大,通过探测器测得桥丝式电点火头辐射的中、近红外光电压的比值,得到对应的桥丝微弱的感应电流值,在电流值较大时,测量误差可小于0.015 4 mA.该红外光纤分光探测系统不仅解决了外界电磁干扰的问题,还很好地减小了人为操作的误差.

基于粒子图像测速技术,设计研制了一套适用于水洞洞体内高速、封闭试验条件的流场测量与显示设备.该系统由光源、成像、图像处理与分析、控制和粒子投放等分系统组成,具有复杂环境下全流场的无接触、无扰动、高准确度测量和显示能力,流场测试误差小于2%,可为水下航行器外形设计及其改进提供相关的实测数据.

采用时空图和矩量法对单和多平行板Blumlein脉冲产生器的输出特性作了详细分析.数值计算表明,为了获得良好的系统输出,开关的导通电阻必须尽可能小;为了获得最大的能量输出或最大的电压输出,所需采用的匹配负载电阻不同;多Blumlein层叠结构的电压匹配负载电阻可以通过单Blumlein的电压匹配负载来估计,而能量匹配负载电阻不能直接根据单Blumlein的能量匹配负载电阻来估算;Blumlein传输线的板间距与板宽之比决定了系统的电压匹配负载和能量匹配负载的大小,并显著影响匹配条件下的电压倍增因子和能量输出效率.

利用Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)及其掺杂材料制作的光导开关具有很好的时间响应及高功率输出特性.比较了这两种材料制作的不同电极间隙类型的光导开关的开关时间响应速度、导通光能与饱和触发激光能量、线性与非线性工作模式及触发稳定性等特性.结果表明,利用InP和GaAs两种材料制作的光导开关都具有达到皮秒级的超快时间响应,其对时间最佳响应与偏置电场有关.两种开关的多次触发时间抖动在几个皮秒范围,输出电压峰峰值抖动优于10%.GaAs开关的非线性工作电场阈值比InP开关低,更容易实现非线性输出.

粒子图像测速技术(PIV)通过测量被测流场截面上每一位置点的速度,获得整个被测流场的信息.在PIV一般应用中所使用的照明激光片光与成像CCD装置的拍摄方向是垂直的,在某些应用场合受测试条件的限制,需要采用离轴方式进行测量,此时CCD成像方向与照明的激光片光不垂直,而是有一定夹角.离轴测试方式将对PIV系统的光学成像系统、示踪粒子选择和粒子图像处理带来影响.实验采用Scheimpflug离轴聚焦的方法对表面镀银高反射率的示踪粒子进行成像,通过调整成像透镜与CCD像面的夹角可获得清晰的粒子成像,并利用网格校正板和软件计算处理等方法有效校正了由于离轴测试带来的影响.

在深入研究温度对光纤法-珀液位传感器腔深度影响的基础上,提出一种特别的腔结构设计,可以几乎完全补偿温度对F-P腔深度影响,使得腔的温度稳定性很好.这种压力式全光型光纤液位传感器的安装非常方便,特别适合于对已有的装载易燃易爆物质的大型油罐、储液罐等进行自动化监测与管理,也适合于一般工业生产与生活中液位的精密监控.

对宽带飞秒脉冲双折射干涉滤波进行了理论和实验研究。首先给出了一种新型的双折射干涉滤波器的原理和设计,得到了输出滤波光谱强度分布的解析表达式。然后进行了15 fs宽带脉冲的干涉滤波的实验研究,实验得到了一组性能良好的透射和反射输出的干涉滤波谱图,实验测量与理论计算基本一致。同时还分析了群速失配以及色散对宽带飞秒脉冲双折射干涉滤波的影响。结果表明这种滤波器对宽带飞秒脉冲有很好的干涉滤波作用,能同时前向透射和侧向反射干涉滤波输出,且无插入功率损耗,可以用来获得波长稳定的多波长可调谐超短脉冲光源。对于飞秒脉冲干涉滤波器的设计和应用具有重要的参考价值。