Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Broadband transverse displacement sensing by exploiting the interaction of a focused radially polarized beam with a silicon hollow nanodisk is proposed. The multipolar decomposition analysis indicates that the interference between a longitudinal total electric dipole (TED) moment and a lateral magnetic dipole (MD) moment is dominant in the far-field transverse scattering in the near-infrared region. Within a broadband wavelength range with the width of 155 nm, the longitudinal TED is almost in phase with the lateral MD, and then broadband position sensing based on the sensitivity of scattering directivity to transverse displacement can be achieved.
directional scattering transverse Kerker’s condition displacement sensing hollow nanodisk radial polarization Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 063602
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 协同创新中心, 江苏 南京 210094
为研究近红外谱域显微干涉仪在近红外波段的位移传感特性, 分析了条纹载频对位移量提取的影响, 建立了测量光谱中心波长与干涉仪位移传感范围之间关系公式, 讨论了光源可见光分量对近红外光栅光谱仪所记录条纹的串扰现象并提出抑制方法。构建近红外迈克尔逊型谱域显微干涉实验系统, 单次测量位移量传感精度优于0.02 μm。测量标准台阶板的台阶高度(其标称值为7.732 μm), 测量偏差为0.044 μm。采用近红外谱域显微干涉装置, 无需轴向扫描即可实现位移量测量, 将光谱仪记录的谱域干涉信号转换为随波数线性变化信号处理能有效提高位移传感精度, 增大中心波长能够有效提高位移传感范围, 在系统中加入短波截止滤光片则能有效抑制可见光分量对近红外光谱域条纹造成的串扰。
测量 干涉测量 位移量传感 近红外 谱域分析 measurement interferometry displacement sensing near-infrared spectral analysis 红外与激光工程
2016, 45(10): 1017002
Author Affiliations
Abstract
Jiangsu Key Lab of Opto-Electronic Technology, School of Physical Science and Technology, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023, China
Micro-displacement measurement based on self-mixing interference using a fiber laser system was demonstrated. The sinusoidal phase modulation technique was introduced into the fiber laser self-mixing interference measurement system to improve the measurement resolution. The phase could be demodulated by the Fourier analysis method. Error sources were evaluated in detail, and the system was experimentally applied to reconstruct the motion of a high-precision commercial piezoelectric ceramic transducer (PZT). The displacement measurement resolution was well beyond a half-wavelength. It provides a practical solution for displacement measurement based on all optical-fiber sensing applications with high precision.
Self-mixing interference micro-displacement sensing phase modulation fiber laser Photonic Sensors
2014, 4(4): 379–384
上海交通大学物理系导波光电子器件实验室, 上海 200240
提出了一种测量微小角位移的新方法,该法基于一种金属包覆波导结构,通过棱镜耦合激发空气导波层中的超高阶导模作为灵敏探针。当被测部件发生微小偏转时,空气层厚度和导模的有效折射率也因此改变,从而引起耦合光束的反射光强急剧变动,其变动幅度与部件的角位移量近似成正比关系。对传感的灵敏度进行了数值分析,结果表明导模的有效折射率是影响灵敏度的重要参量。采用一种类似悬臂梁的结构产生可控微小角位移,并以此对平均灵敏度进行了测算,得到的结果与理论预测值符合得较好(相对误差约为3%)。理论和实验结果表明,只要部件的偏转半径达到厘米量级,就可以实现分辨力达10-9 rad数量级的角位移传感。
光学测量 角位移传感 金属包覆波导 超高阶导模
报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置, 结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因, 理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加, 利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响, 提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响, 在-10 ℃～80 ℃的温度变化范围内, 测量误差小于1.2％, 实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。
光纤光学 光纤光栅 位移传感 光纤传感 带宽调制
将一根光纤上写入两个不同波长的布拉格光栅,沿矩形悬臂梁的中性面与表面的交线粘贴于靠近固定端两个相邻侧面,利用光纤光栅波长绝对编码的特性,实现了应力(或应变)与位移的二维实时传感测量.理论分析和实验结果证明,通过监测粘贴于梁上的两个光纤光栅波长变化的大小和指向,能够实时感测应力、位移等力学量的大小和方向.在与梁轴垂直的方向上,获得应力实验灵敏度分别为5.32 nm/N和3.21 nm/N, 位移实验灵敏度分别为0.30 nm/mm和0.48 nm/mm.
光纤光栅 应力与位移传感 二维实时感测 力学传感器
将均匀周期光纤布拉格光栅斜向粘贴于矩形悬臂梁的侧面,通过调节弹性梁自由端的位移,使其产生啁啾,利用光纤光栅的啁啾效应,实现了温度不敏感的位移传感.由于传感量为光纤光栅的带宽,有效地解决了温度交叉敏感问题,在位移传感实验中获得了很好的线性响应度.
光纤光栅 位移传感 啁啾效应 温度不敏感
1 南开大学光子技术中心,天津 300071
2 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津 300072
结合光纤光栅悬臂梁调谐的特点，采用一种新颖的光纤光栅悬臂梁结构，将光纤光栅粘贴在悬臂梁和固定端基板的结合处，成功地实现了对位移和温度的同时测量。基于光谱分析仪0.1nm的光谱分辨率,实验可得到的位移分辨率为0.08mm，温度分辨率为3.1℃(位移不变时可达0.73℃)，位移测量范围可达10.5mm。实验结果与理论分析基本一致。
光纤光栅 悬臂梁 位移传感 温度传感
