Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of All Optical Network and Advanced Telecommunication Network of EMC, Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
2 System Integration Department, China North Industries Corp., Beijing 100053, China
An in-fiber Mach-Zehnder interferometer is proposed for the discrimination of strain and temperature. The sensor is based on two cascaded standard single mode fibers using three peanut tapers fabricated by simple splicing. The cascaded structure excites more frequency components, which induce four sets of interference dips in the transmission spectrum. One set of the spectrum dips have different sensitivities to temperature and strain from those of the other three. The sensor can discriminate strain and temperature by monitoring the wavelength shifts of two spectrum dips. Repeated experiments are taken both for strain and temperature increasing and decreasing scenarios. Experimental results show that Dip 1 has an average strain sensitivity of -0.911 pm/με and an average temperature sensitivity of 49.98 pm/℃. The strain sensitivity for Dip 2 is negligible and its average temperature sensitivity is 60.52 pm/℃ The strain and temperature resolutions are ±3.82 με and ±0.33 ℃.
Mach-Zehnder interferometer peanut taper simultaneous measurement single mode fiber strain sensor temperature sensor Photonic Sensors
2023, 13(1): 230122
北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044
仪器是获取信息的主要手段，是信息产业的支撑。快速准确地获得多种信息是测量仪器的一大发展趋势，也是信息时代快速发展的必然要求。激光多自由度同时测量具有测量效率高、多自由度误差参数同时测量等显著优点，克服了传统激光单参数测量获取信息有限、测量效率低下等缺点，成为数控机床误差测量等领域重要的研究方向。本文按照激光单自由度测量方法到多自由度同时测量系统集成的顺序，对目前激光多自由度同时测量方法和系统进行了较全面的介绍，分析了其优缺点，并讨论了激光多自由度未来的发展趋势。
测量 单自由度测量 多自由度同时测量 数控机床误差测量 研究现状与发展趋势 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312012
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of In-Fiber Integrated Optics, Ministry of Education, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650216, China
3 Photonics Research Center, Guilin University of Electronics Technology, Guilin 541004, China
A novel phase-shifted long-period fiber grating (PS-LPFG) for the simultaneous measurement of torsion and temperature is described and experimentally demonstrated. The PS-LPFG is fabricated by inserting a pre-twisted structure into the long-period fiber grating (LPFG) written in single-mode fiber (SMF). Experimental results show that the torsion sensitivities of the two dips are ?0.114 nm/(rad/m) and ?0.069 nm/(rad/m) in the clockwise direction, and ?0.087 nm/(rad/m) and ?0.048 nm/(rad/m) in the counterclockwise direction, respectively. The temperature sensitivities of the two dips are 0.057 nm/°C and 0.051 nm/°C, respectively. The two dips of the PS-LPFG exhibit different responses to torsion and temperature. Simultaneous measurement of torsion and temperature can be implemented using a sensor. The feasibility and stabilization of simultaneous torsion and temperature measurement have been confirmed, and hence this novel PS-LPFG demonstrates potential for fiber sensing and engineering applications.
phase-shifted long-period fiber grating pre-twisted structure single-mode fiber simultaneous measurement torsion temperature Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021203
东南大学能源与环境学院, 江苏 南京 210096
针对燃煤电厂颗粒物超低浓度排放在线检测的需求,在激光散射法的基础上提出了利用光强调制技术的颗粒物浓度在线测量方法。结合波长调制技术提出了气体与颗粒物浓度同步测量的方法,同时建立了波长调制下散射光信号的数学模型。理论分析及仿真结果表明:气体浓度与归一化二次谐波幅值的峰值成正比,颗粒物浓度与消除气体吸收后的散射光信号的一次谐波幅值成正比。利用1392 nm的近红外激光器对蚊香燃烧时产生的颗粒物与水蒸气浓度进行同步测量。实验结果表明:测量的水蒸气浓度值与温湿度传感器测量值之间的偏差小于3%,颗粒物浓度的特征值与粉尘仪测量值具有高度线性关系,拟合因子为0.9973,实现了基于波长调制技术的颗粒物与气体浓度的同步测量。
散射 波长调制 浓度 同步测量
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室, 长春 130012
为了实现低成本的温度和应变同时测量, 利用光纤熔接机的熔融放电原理制备了基于全单模光纤(SMF)的花生和J型结构级联的马赫-曾德尔干涉仪(CPJS-MZI)。首先利用光纤熔接机的球形程序将两段单模光纤的端面熔成球形, 再将小球熔接到一起形成花生型结构; 然后在距离花生结构15mm处, 将两根单模光纤端面错位一定距离, 对其进行熔接形成J型结构; 最后对所制备的器件进行温度和应变传感性能的测试。实验发现, CPJS-MZI单个干涉峰强度和波长对应的温度灵敏度分别为-0.0125dB/℃和52.9pm/℃, 应变灵敏度分别为0.0152dB/με和-11.44pm/με。结果表明, 基于SMF的CPJS-MZI可利用单峰实现温度和应变的同时测量, 且具有尺寸小、制备容易、成本低等优点, 在同时测量温度和应变传感领域具有潜在应用价值。
光纤马赫-曾德尔干涉仪 花生结构 J型结构 温度和应变同时测量 fiber Mach-Zehnder interferometer peanut structure J-shape structure simultaneous measurement of temperature and strain
1 南京理工大学 先进发射协同创新中心, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为了实现光学元件位相缺陷的大视场、高分辨率、瞬态检测, 设计了一种基于无镜成像算法的反射式剪切点衍射干涉仪。该干涉仪通过在参考光与测试光之间引入横向错位量, 形成高密度线性载频, 利用快速傅里叶变换算法从单幅干涉图中提取待测波面信息, 实现缺陷的瞬态测量。利用无镜成像算法抑制了缺陷的衍射效应, 总结了有效的缺陷类型辨别方法。实验检测了强激光系统中的一块光学平晶, 验证了所提缺陷类型判据的正确性。此外, 采用反射式剪切点衍射干涉仪对一块激光毁伤的光学平板进行检测, 测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比, 相对误差为2.1%。结果表明, 该干涉仪能够有效应用于检测大口径光学元件的位相缺陷。
干涉测量 瞬态测量 点衍射 位相缺陷 无镜成像 interferometry simultaneous measurement point diffraction phase defect lensless imaging 光学 精密工程
2018, 26(12): 2873
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 微电子学院, 天津大学, 天津 300072
利用自主搭建的实验系统, 同步实时地测量了热致相变材料二氧化钒(VO2)薄膜在相变过程中的反射率及其涨落(噪声谱).实时傅里叶变换采集卡测得的噪声谱不仅可以像反射率测量一样给出样品的相变温度(55℃), 还在样品的高温区金属相里发现了一个明显的噪声峰(位于15~20 MHz), 而低温区半导体相的噪声谱几乎是平坦的.这种噪声峰也反映了薄膜样品中低温半导体相和高温金属相的晶体结构差异.噪声谱测量可以广泛地应用于相变材料的研究.
二氧化钒薄膜 噪声谱 同步测量 半导体-金属相变 反射率 vanadium dioxide thin film noise spectrum simultaneous measurement semiconductor-metal transition reflectance
1 School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 School of Electronic Science and Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥 230009
2 合肥工业大学电子科学与应用物理学院，合肥 230009
基于迈克尔逊干涉原理和激光自准直原理，采用共光路布局，研制了能对运动工作台同时进行一维位移和二维角度测量的三自由度激光测量系统。在位移测量中，采用光程差放大技术，并结合偏振干涉技术和信号差分处理，得到高质量的位移输出信号和高分辨力的位移测量结果。在角度测量中，运动工作台的偏摆和俯仰运动会引起固定在工作台上的反射镜位置变化。入射光被反射镜反射，并被四象限探测器探测，根据四象限探测器上的光斑位置变化，获得偏摆角和俯仰角的变化值。对研制的系统进行稳定性和分辨力测试，同时与英国雷尼绍XL-80激光干涉仪进行比对实验。实验结果表明：测量系统的位移分辨力为0.8 nm，角度分辨力为0.2″；在50 mm的测量范围内，与雷尼绍XL-80激光干涉仪测量值相比，系统的位移最大偏差小于100 nm，偏摆角最大偏差为0.5″，俯仰角最大偏差为0.4″。
共光路 激光 偏振干涉 自准直 同时测量 common optical path laser polarization interference auto-collimation simultaneous measurement
