南京师范大学计算机与电子信息学院, 江苏 南京 210023
提出了一种基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量方法。激光器输出的光被分为两路,分别以±1级自准直衍射角入射至反射光栅,并沿原光路返回至腔内产生激光反馈干涉效应。在±1级衍射光路中放置电光晶体对光束相位进行高频调制,利用频分复用技术实现二维动态位移的测量。实验结果表明,所提方法能够重构出物体的二维动态位移,位移分辨率可达10 nm量级。所提方案通过在激光反馈干涉仪中引入衍射光栅,提高了激光反馈干涉测量系统的稳定性和抗环境干扰能力,同时也为使用单光源进行多维度微位移测量提供了新的思路。
测量 激光反馈干涉 高频调制 频分复用 微位移测量 光学学报
2022, 42(10): 1012003
1 南京师范大学计算机与电子信息学院, 江苏 南京 210023
2 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
表面等离子体共振是一种免标记的传感技术, 当介质周围的介电常数发生改变时, 则SPR谐振光谱特性也会随之改变。 因此表面等离子体共振传感技术已广泛应用于生物化学和环境监测等领域。 由于二氧化钛(TiO2)覆盖层不仅可以保护金属层, 还能调谐SPR谐振的光谱强度和谐振波长于近红外波段, 应用于1550 nm的光纤传感, 其氧化还原反应还能使其用于检测气体。 由于氢气易燃易爆性, 随着氢能源的广泛应用, 因此对低浓度氢气检测技术研究具有特殊的意义。 提出一种可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振的气体传感器, 研究了SPR传感器在1 550 nm近红外波段对气体的敏感特性。 研制了可更换银/二氧化钛复合膜的表面等离子共振(SPR)气体传感器。 研究了在近红外波段对气体的表面等离子体共振光谱特性。 仿真计算Kretschmann棱镜耦合的四层结构模型的共振光谱强度与银膜厚度, 二氧化钛厚度和棱镜材料的关系, 优化了Ag和TiO2层的厚度以获得最大灵敏度, 得到的最佳膜厚是45 nm Ag和110 nm TiO2。 Ag/TiO2薄膜设计为可更换的一次性气敏膜, 采用蒸镀和溅射方法镀膜, 制备成本文所使用的 SPR传感器。 利用Ag/TiO2薄膜在复合界面产生SP共振光谱的移动, 对气体进行测试。 采用Kretschmann棱镜耦合结构的光谱波长检测实验系统。 固定光源和入射角, 测量波长的偏移量。 宽光源(波长范围: 1 462~1 662 nm)通过环形器、 准直器, 照射到棱镜和可更换的Ag/TiO2敏感膜, 经全反射(TIR)后, 再由高反射镜反射回传感膜, 并以相同的TIR角和光路再次反射回到准直器, 从而被光谱仪检测。 实验结果表明, Ag/TiO2复合膜可以调谐共振波长到1 550 nm近红外波段, 增强该传感器的光谱灵敏度, 低浓度(14.7%~25%)氢气下的灵敏度可达-8.305 nm·%-1。 并且可通过更换气敏膜检测不同的气体, 增加生物相容性和气体传感能力。
银/二氧化钛复合膜 表面等离子体共振 气体传感器 Silver/titanium dioxide composite film Surface plasmon resonance Gas sensor
南京师范大学物理科学与技术学院,江苏省光电技术重点实验室,江苏 南京 210023
研究了一种新的基于激光器结电压测量的自混合干涉传感技术,通过测量激光二极管结电压的变化来获得激光自混合干涉信号。传统的自混合干涉技术通常通过测量外置或内置光电探测器的光电流来获得激光自混合干涉信号。本文通过测量垂直腔面发射激光器的PN结电压来获得激光自混合干涉信号,简化了自混合干涉系统的结构并提高了系统的可靠性。本文还评估了该系统的信噪比,比较了激光二极管的结电压信号与内置光电探测器的光电流信号,结果发现两者一致。
测量 自混合干涉 垂直腔面发射激光器 结电压 传感技术 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 231203
南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。 提出了一种方体及环/盘阵列结构, 该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。 利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。 仿真结果表明, 当线性偏振光入射到金属表面时, 在结构中激发局域表面等离子体共振现象, 表现出明显的共振效应, 在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。 通过对结构电场电荷仿真图的对比分析, 发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。 当调整金属结构的各项参数时, 金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变, 因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、 右圆环直径R, 结构高度H, 左圆环到方体的距离D等), 通过对结构各项参数的改变, 可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控, 达到对结构光学性质可控的目的。 由于该结构具有独特的非对称性, 进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。 结果表明, 随着光源偏振角度的增加, 共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。 但当偏振角度为90°时, 共振谷J3处不能产生法诺共振现象。 由此, 可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。 更为重要的是, 该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度, 最高可达755 nm·RIU-1, 传感的品质因数(figure of merit, FOM)为18.4, 该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。
局域表面等离子体共振 法诺共振 阵列结构 折射率传感 Localized surface plasmon resonance Fano resonance Array structure Refractive index sensing 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1345
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Information Technology, Nanjing Forest Police College, Nanjing 210023, China
2 School of Physics and Technology, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
In this work, a neural network (NN) method is developed for pulse duration inferring for an erbium-doped fiber laser at 1550 nm. Experimentally, the interferometric autocorrelation trace is observed clearly with the use of the two-photon absorption (TPA) effect in a GaAs photodiode. The intensity autocorrelation function is curve-fitted by the NN with an appropriate performance, and the measuring accuracy is consistent with a commercial autocorrelator. Compared with the Levenberg–Marquardt curve-fitting method, the NN can retrieve the intensity autocorrelation function more stably and has a certain noise reduction ability, simplifying the signal processing for a TPA photodiode-based autocorrelator.
neural networks pulse duration two-photon absorption femtosecond laser Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 121901
1 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏 南京 210023
2 北京无线电测量研究所, 北京 100854
对基于铟镓砷(InGaAs)材料体系的共面波导型光电导开关进行了理论分析,并研究了开关在无光照的暗态和激光照射的亮态情况下射频信号的传输性能。采用工作波长为1550 nm、脉宽为96 fs、重复频率为103.2 MHz的激光脉冲触发开关对445 MHz的射频信号进行采样,结果表明,该高速光电导开关能实现射频信号的带通采样,同时减小了开关的载流子寿命,有利于实现更高频率的信号采样。
光电导材料 开关 模数转换 带通采样 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 092002
南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏 南京 210023
通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内会发生激光反馈干涉效应。引入正弦相位调制解调技术,高精度地测量一维和二维微位移。利特罗结构和LFGI系统具有自准直性好、结构紧凑、易于操作和系统稳定性高的优点。实验结果表明,利特罗式LFGI系统的位移测量精度可以达到10 nm量级。
测量 位移测量 自混合干涉 衍射光栅 利特罗结构 正弦调制
南京师范大学物理科学与技术学院,江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
提出了一种基于微波光子滤波器的高分辨率光纤横向负载传感器。与传统的基于光谱分析的光纤传感器不同,本传感器的信号解调是在微波域内完成的。其工作原理是利用保偏光纤光栅(PMFBG)构建偏振稳定的双波长光纤环形激光器,微波信号经电光调制器调制到激光器输出的光波上,借助长距离光纤形成的时延,形成一个两抽头的微波光子滤波器。理论和实验研究表明,该滤波器的频率响应与PMFBG上所受的横向压力之间存在线性关系,通过测量滤波器的微波谐振频率的变化,即可还原出待测横向压力的大小。实验获得了9.87 MHz·N
-1的高灵敏度,实验结果与理论分析一致,证实了该方法的可行性。
传感器 光纤传感 横向压力 微波光子滤波器 光纤光栅 光学学报
2018, 38(12): 1206004
南京师范大学 物理科学与技术学院 江苏省光电技术重点实验室, 南京 210023
利用激光鼠标的自混合干涉测量物体的低频振动, 在实际的测量中还原出振动波形, 节省了硬件成本, 降低了测量系统的复杂程度。使用高精度的商用测振仪来标定测量结果, 验证了实验装置的性能。实验结果表明, 可以正确还原出低频振动, 并且分析了可能出现误差的一些原因。
振动测量 激光自混合 鼠标 非接触式测量 低成本 vibration measurement laser self mixing mouse non-contact measurement low-cost
南京师范大学物理科学与技术学院 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
基于一次谐波腔长锁定技术，设计了一种基于法布里珀罗(F-P)腔干涉的强度解调型微位移传感器。系统对F-P腔的初始腔长进行动态锁定，通过将F-P腔腔长的微小变化转化为强度信号，实现直接快速地对待测目标的微位移进行测量。详细地阐述了位移传感器的理论模型及一次谐波锁定F-P腔腔长的技术方案，实验中采用商用的高精度压电陶瓷平移台(PZT)模拟了实际物体的运动状态，实验结果表明，该系统对峰峰值在λ/4(λ为光波波长)以内、频率不高于400 Hz的微位移有很好的测量结果，频率误差小于0.5 Hz，测量精度小于1 nm。
传感器 法布里珀罗干涉 微位移 强度解调 腔长锁定
