1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 山东理工大学 物理与光电工程学院，淄博 255000
基于多光束干涉光谱成像原理，研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先，介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案，详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数，并建立甲烷气体探测正演模型。然后，分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系，以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终，迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明，在甲烷探测波段为1 630~1 675 nm，自由光谱范围为12.5 nm，光谱分辨率为0.1 nm，法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm，腔内反射率为97.5%，截止滤光片范围为（1 630±4）nm~（1 675±4）nm时，探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为［0.65%，4.30%］，探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。
温室气体探测 甲烷 法布里-珀罗干涉仪 探测灵敏度 Greenhouse gases detection CH4 Fabry-Pérot interferometer Detection sensitivity
1 广东海洋大学深圳研究院，广东 深圳 518120
2 广东海洋大学广东省船舶智能与安全工程技术研究中心，广东 湛江 524088
3 广东海洋大学机械工程学院，广东 湛江 524088
4 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心，广东 湛江 524088
提出并制备了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）增敏的级联双腔温度传感器，该传感器由PDMS腔和空气腔级联而成，且级联双腔的光程相近，从而干涉谱产生游标效应。此外，空气腔的两端均为PDMS，当温度增加时，空气腔两端的PDMS因膨胀同时挤压空气腔，大幅提高了空气腔的温度响应。在PDMS膨胀和游标效应的双重作用下，该传感器具有非常高的温度灵敏度。实验结果表明，在40~42 ℃范围内，传感器的温度灵敏度约为20.55 nm /℃，相比单个PDMS腔提高了37倍。该传感器具有结构紧凑、灵敏度高、稳定性好等优点，具有很好的应用前景。
光纤光学与光通信 光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 游标效应 聚二甲基硅氧烷 光学学报
2023, 43(19): 1906001
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
3 包头师范学院物理科学与技术学院，内蒙古 包头 014030
提出了一种高温大量程的蓝宝石法布里-珀罗（F-P）干涉仪压力传感器。传感器由三层蓝宝石晶片直接键合而成，包括蓝宝石衬底、带通孔的蓝宝石晶片和感压蓝宝石晶片。飞秒激光用于在蓝宝石晶片的中心刻蚀通孔，并粗糙化感压蓝宝石晶片的外表面。利用蓝宝石晶片抛光面作为F-P腔的反射面，有助于降低解调出的光学腔长波动，提高压力分辨率。提出的传感器在室温、0~30 MPa的高压力范围内光学腔长随压力线性变化，压力灵敏度为0.1253 μm/MPa，相对分辨率达到0.04% FS（full scale，全量程），且能在700 ℃下稳定工作。
光纤光学 光纤压力传感器 非本征法布里-珀罗干涉仪 蓝宝石晶片 飞秒激光微加工 大压力量程 光学学报
2023, 43(15): 1506001
1 中国石油化工集团公司胜利油田分公司，山东 东营 257000
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）激光研究所，山东 济南 250014
研制了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）和非本征法布里-珀罗干涉仪（EFPI）的高精度井下长期在线温度压力监测系统。该系统通过EFPI的腔长变化监测压力，通过FBG的波长变化监测温度，同时实现对压力的温度补偿。标定结果表明，该系统的压力测量范围为0.1~42 MPa，压力灵敏度为203.8 nm/MPa，精度为±0.05%F.S（F.S表示满量程），压力分辨率达到0.0007 MPa。将该系统在胜利油田桩西某生产井进行了工程示范，实时监测井下温度和压力5个月。结果表明，该系统能反映油井生产状态，实现重要参数的在线监测，对提高油气采收率具有重要指导意义。
光纤光学 光纤布拉格光栅 非本征法布里-珀罗干涉仪 压力 温度 在线监测 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1706006
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) and National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Access System, School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Department of Electronics and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
In this Letter, a low-frequency acoustic sensor based on an extrinsic Fabry–Pérot (FP) interferometer with a silicon nitride (Si3N4) membrane is demonstrated. Using micromachining techniques, the 800 nm thick Si3N4 membrane is deposited on an 8 mm × 8 mm × 400 μm silicon (Si) substrate. All the assembly procedures of the sensor are focused on the substrate to avoid any damage to the membrane itself, compared to general membrane transfer methods. The frequency response of the proposed sensor is discussed theoretically and experimentally demonstrated. The sensor exhibits an excellent flat response to the tested acoustic frequency range of 1 Hz to 250 Hz. The phase sensitivity is around ?152 dB re 1 rad/μPa with sensitivity fluctuation less than 0.8 dB. The frequency response characteristic shows a promising potential of the sensor in low-frequency acoustic signal sensing applications.
acoustics fiber Fabry–Pérot interferometer low frequency membrane Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101201
1 暨南大学信息科学技术学院, 广东 广州 510632
2 内蒙古医科大学附属医院, 内蒙古 呼和浩特 010110
提出一种复合结构应变传感器,该结构将高灵敏度光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI)内置于光纤Sagnac干涉仪(FSI)中。利用FPI光谱与定标的FSI光谱叠加产生的游标效应实现了FPI应变传感器灵敏度的大幅度提升。理论计算结果表明,复合结构传感器的灵敏度可以通过两套干涉谱的相对自由光谱区的差来调控。实验结果表明,复合结构传感器的灵敏度相对于单个FPI应变传感器提升了19.7倍,达到65.1 pm·με-1。复合结构传感器在需要高灵敏度测量以及精确测量的场景中具有重要作用。
光纤光学 光纤传感器 游标效应 Sagnac干涉仪 法布里-珀罗干涉仪 应变传感器
1 重庆理工大学 理学院 物理与能源系, 重庆 400054
2 绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
针对环境测温, 特别是在复杂环境中温度传感器的小体积、低成本、抗干扰以及高灵敏度的要求, 提出了基于端面腐蚀的双法布里-珀罗光纤温度传感探头。以长为2 cm的光子晶体光纤作为第一个F-P腔体, 在它的一个端面熔接普通单模光纤, 熔接面形成第一个反射镜面; 然后, 在它另一个端面熔接多模光纤, 熔接面形成第二个反射镜面; 最后, 以多模光纤作为第二个F-P腔体, 并用氢氟酸将其刻蚀成探针结构, 同时在腔体末端形成了第三个反射镜面。以此复合结构作为传感探头, 结合多光束干涉的传感原理, 构造了双F-P结构的波长调制型传感器, 并搭建了温度传感测试系统。测试结果表明: 在28~81 ℃内, 随着温度增加, 该传感器的反射光谱波长逐渐红移, 温度与波长偏移量的线性相关系数高达0.998 37; 该传感器传感性能良好, 灵敏度达64.6 pm/℃。该传感器在复杂环境中对小范围温度测量具有潜在的应用价值。
光纤传感 双法布里-珀罗干涉 温度测量 光纤腐蚀 fiber optic sensing dual Fabry-Pérot interferometer temperature measurement fiber corrosion
1 中国测试技术研究院, 成都 四川 610066
2 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室, 成都 四川 611731
为研究光纤法珀传感器中法珀腔结构参数对其条纹对比度的影响，基于光传输矩阵方法，建立了描述非本征型光纤法珀干涉结构中光束传播特性的理论模型。以基于化学腐蚀渐变多模折射率光纤方法制作而成的光纤法珀传感器为例，进行了数值模拟。由模拟结果可以得出，腔长为40 μm、曲率半径在85~115 μm范围内可以获得较高的条纹对比度。其结果表明，通过优化法珀腔的腔长和形状可以改善光纤法珀传感器反射光谱的条纹对比度。
光纤传感器 渐变多模折射率光纤 法珀干涉仪 光传输矩阵 optical fiber sensor graded-index multimode fiber Fabry-Pérot interferometer ray-transfer-matrix
华中科技大学光电子科学与工程学院 武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
设计并制作了用于测量波长大于150 μm(频率低于2 THz)的太赫兹波波长的金属网栅法布里珀罗干涉仪(FPI)。采用光电子微纳制造工艺制作了五组周期不大于40 μm，线宽不大于10 μm的有衬底方形金属网栅，利用太赫兹时域光谱技术测量了金属网栅的太赫兹波段光电特性，得到了各组金属网栅在感兴趣频段的反射率和金属网栅FPI的反射精细度，结果表明所制作的金属网栅FPI均可用于测量波长大于150 μm的太赫兹波。实验搭建金属网栅FPI扫描测量了212 μm的太赫兹波波长，与理论结果吻合。研究了金属网栅FPI对太赫兹波偏振方向的依赖性以及对FPI腔镜平行度的要求，结果表明，方形金属网栅FPI对正入射太赫兹波偏振方向不敏感，而对FPI腔镜平行度很敏感。
光学器件 太赫兹波 金属网栅 法布里珀罗干涉仪 时域光谱术 光学学报
2012, 32(11): 1112009
南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
实验发现飞秒激光单步刻蚀的光纤微腔两个反射壁与纤芯轴向并不完全垂直，微腔形状与飞秒激光经显微物镜聚焦后的焦点相对于光纤的位置有关。当激光经显微物镜聚焦于光纤侧表面时，刻蚀的微腔形状近似V型。与常规的光纤法布里珀罗(F-P)腔相比，V型光纤微腔干涉谱出现了自由光谱范围、微腔光损耗以及干涉条纹对比度与波长有关等反常现象。通过引入倾斜因子概念，构建了V型光纤微腔模型，推导出V型F-P腔干涉公式，初步建立了V型光纤微腔干涉理论。利用该理论研究了V型光纤微腔的干涉谱特性，数值模拟了不同倾斜度对光纤微腔干涉谱的影响。理论分析结果与实验光谱测量结果相符。
光学器件 飞秒激光 光纤微腔 倾斜因子 V型法布里珀罗干涉仪 激光微加工
