1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
3 山西大学 物理电子工程学院 山西 太原 030006
引力波的直接探测打开了宇宙观测的新窗口, 开启了引力波天文学的新时代。当前世界上运行的第二代地基引力波探测装置分别包括位于美国汉福德和利文斯顿的两台LIGO、位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。然而, 第二代引力波探测器的应变灵敏度较低, 无法探测宇宙中绝大部分天文事件, 因此亟需建设第三代地基引力波探测装置。基于山西大学的低噪声激光光源和山西省的废弃矿井资源, 山西省政府已经立项, 支持建造第三代地基引力波探测装置“谛听计划”。本文通过计算迈克尔逊干涉仪、法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪、功率循环的法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪对引力波信号的频率响应, 并与美国激光干涉引力波天文台的LIGO探测器进行对比, 分别确定了“谛听计划”法布里- 珀罗腔和功率循环镜的反射系数。
地基引力波探测 迈克尔逊干涉仪 法布里- 珀罗腔 功率循环镜 ground-based gravitational wave detector Michelson interferometer Fabry-Perot cavity power-recycled mirror 量子光学学报
2023, 29(4): 040201
1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 中兴通讯无线产品运营部，广东 深圳 518000
提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪，开放腔FPI作为传感干涉仪，解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响，以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器，并测试了其折射率响应特性，分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位），相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍，放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好，在折射率传感领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 迈克尔孙干涉仪 少模光纤 模式反射 游标效应 折射率传感器 光学学报
2023, 43(19): 1906006
上海电力大学 电子与信息工程学院, 上海 201306
电力设备的局部放电监测是发现设备的绝缘缺陷、维护电网安全运行的重要手段。文章基于分布反馈(DFB)激光器线宽窄、噪声低、相干长度长等优点, 设计了一种用于局部放电监测的振动传感系统。系统采用粘接在悬臂梁上的DFB激光器作为传感头, 利用光纤迈克尔逊干涉仪将DFB激光器波长变化转换为干涉仪的输出光强变化, 采用相位生成载波(PGC)算法进行局部放电信号解调。设计并仿真分析了悬臂梁的振动响应特性, 得到其一阶谐振频率为876Hz。研究了迈克尔逊干涉仪臂长差与系统灵敏度的关系。实验选取脉冲点火器作为局部放电源进行放电检测, 验证了系统用于局部放电检测的可行性。结果表明, 该系统能够检测到800~900Hz放电信号, 灵敏度可达-74.67dB re rad/Pa。
局部放电 DFB激光器 光纤迈克尔逊干涉仪 PGC解调算法 partial discharge DFB laser fiber optic Michelson interferometer PGC demodulation algorithm
河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453000
针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题, 提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里－珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源, 由直流电源直接驱动, 经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈; 利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调, 将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明: 当臂长差分别为0.45、0.40 m时, 灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。
半导体激光器 光纤迈克尔逊干涉仪 多纵模激光拍频解调技术 温度传感 semiconductor laser optical fiber Michelson interferometer multi-longitudinal mode laser beat frequency demod temperature sensing
1 中国科学院上海高等研究院上海光源中心，上海 201204
2 中国科学院高能物理研究所多学科中心，北京 100049
3 中国计量科学研究院前沿计量科学中心，北京 100029
介绍了一种全新的迈克耳孙X射线干涉仪设计，可用于57Fe穆斯堡尔14.4 keV核共振波长超精准测量。所设计结构是由反对称的三次劳厄衍射型（LLL）的X射线干涉仪和可以匹配14.4 keV波长的一体型双通道切槽单色器（MDCM）构成。在上海同步辐射光源利用14.4 keV单色光对国内首个自制LLL干涉仪的性能和MDCM的工况进行了在线测量和定量表征，得到了干涉仪条纹对比度的测量结果（0.37~0.63）和MDCM光学元件的修正参数。该研究为国内复杂构型X射线光学元件的研制和在线表征积累了技术经验。
X射线光学 穆斯堡尔波长 迈克耳孙X射线干涉仪 三次劳厄衍射型干涉仪 一体型双通道切槽单色器
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
2 苏州大学 物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
传统4f相位相干成像测量技术中，利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化，实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的，相位延迟会随激光波长的改变而改变，测量中需要更换合适的相位物体。理论分析了不同激光波长对相位物体相移大小的影响，详细讨论了不同形状光束下相位物体的半径和相移的大小对4f相位相干成像系统灵敏度的影响。利用了迈克尔逊干涉仪中两束光的相位延迟替代传统相位物体的功能，实现了一种相位可调的相位物体。因为迈克尔逊干涉仪两束光的相位延迟连续可调，使得在不同形状光束及不同波长激光下的测量灵敏度达到最优。该方法进一步完善了4f相位相干成像测量技术，不仅解决了传统相位物体的不足，而且提高了系统测量的精度。
迈克尔逊干涉仪 相位物体 激光 折射率 近平顶光束 Michelson interferometer phase object laser refractive index near top-hat beams 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220396
Author Affiliations
Abstract
College of Electronic and Electrical Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China
A Michelson interferometer (MI) composite cavity fiber laser sensing system based on radio frequency (RF) interrogation is proposed and experimentally demonstrated. The system down-converts the traditional MI light frequency detection to RF detection, which improves the stability of the system. The optic fiber MI is placed in the laser resonator to form a composite cavity structure, which greatly improves the sensitivity of beat frequency signal demodulation.
Michelson interferometer compound cavity multi-longitudinal mode beat frequency radio-frequency detection Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 040603
中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710100
时间延迟干涉技术（Time-delay Interferometry，TDI）对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。在天基引力波探测任务中，需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中，激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA（Laser Interferometer Space Antenna）引力波探测项目中，利用TDI对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合，构造出臂长相等的干涉仪，从而消除了激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声，将时钟信号倍频到GHz，再通过相位调制的方式加载到星间激光链路上，最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声，并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI的时间延迟处理，要求对星间绝对距离进行精确测量。因此，在TDI机制中，星间激光链路需要同时实现位移测量、时钟边带调制和绝对距离测量3个功能。其中，后两个功能分别大约消耗10%和1%的载波激光功率。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明，TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了109和5.8×104倍。
迈克尔逊干涉仪 时间延迟算符 时钟边带调制 伪随机码测距 Michelson interferometer time-delay operator clock sideband modulation pseudo-random code ranging
Author Affiliations
Abstract
1 Fiber Optics Research Center (FORC), Key Laboratory of Optical Fiber Sensing & Communications, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 Chengdu Aircraft Industrial Group Co., Ltd., Chengdu 610092, China
This paper reviews a wide variety of fiber-optic microstructure (FOM) sensors, such as fiber Bragg grating (FBG) sensors, long-period fiber grating (LPFG) sensors, Fabry-Perot interferometer (FPI) sensors, Mach-Zehnder interferometer (MZI) sensors, Michelson interferometer (MI) sensors, and Sagnac interferometer (SI) sensors. Each FOM sensor has been introduced in the terms of structure types, fabrication methods, and their sensing applications. In addition, the sensing characteristics of different structures under the same type of FOM sensor are compared, and the sensing characteristics of the all FOM sensors, including advantages, disadvantages, and main sensing parameters, are summarized. We also discuss the future development of FOM sensors.
Fiber-optic sensors Fabry-Perot fiber Bragg grating long period grating Mach-Zehnder interferometer Michelson interferometer Sagnac interferometer Photonic Sensors
2021, 11(2): 227
