中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control
浙江工业大学信息工程学院光纤通信与信息工程研究所，浙江 杭州 310023
根据并联型游标效应的工作原理，提出一种通过叠加光谱实现游标效应的增敏方法。通过法布里-珀罗（F-P）温度传感干涉仪获得实测的反射光谱，然后在数据处理时叠加上根据F-P干涉原理获得的参考干涉仪的反射光谱，实现了游标效应。在30~55 ℃的温度范围内，实现了5.0380 nm/℃的温度灵敏度。通过改变参考干涉仪的腔长，可以实现可控的温度灵敏度，通过调整参考干涉仪入射光的初始相位，可以使游标包络中用于测量的谷值点落在任何需要的波长位置。同时，分别设计和制备了腔长为118.60 μm的F-P传感干涉仪和腔长为96.60 μm的F-P参考干涉仪，进行了基于并联型游标效应的温度增敏实验，获得了2.7984 nm/℃的温度灵敏度，其与叠加具有相同腔长的F-P反射光谱实现的温度灵敏度一致，相对误差仅为0.57%。可见通过叠加光谱实现游标效应是可行且有效的，同时也很好地解决了参考干涉仪易受外界环境影响的问题。
光纤光学 光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 游标效应 自由光谱范围 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1106004
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
激光自混合干涉技术具有灵敏度高、易准直、可以实现非接触测量等优点。基于多纵模激光自混合干涉系统中自混合信号波形随外腔长度发生周期性变化的物理现象, 提出一种利用三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器自由光谱范围 (FSR) 的新方案。结合干涉混频理论和三镜腔理论, 首次建立了三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器 FSR 的理论模型并进行了仿真模拟。实验结果表明尾纤半导体激光器 FSR 受外部环境影响, 其变化范围为 163.93 ～ 175.64 GHz, 对应测量系统的位移分辨率和频率分辨率分别为 0.01 mm 和 1.91 GHz。所研究的激光器 FSR 测量系统具备分辨率高、系统紧凑、成本低廉等优势, 可适用于不同类型激光器自由光谱范围测量。
激光技术 激光自混合干涉技术 自由光谱范围 振动信号 波形分立 三纵模 laser techniques laser self-mixing technique free spectral range vibration signal waveform separation three-longitudinal mode
中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 310018
理论和实验研究了基于游标效应的级联法布里珀罗干涉型传感器的温度特性, 该传感器是将一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间制作而成的, 其中空芯光纤的长度与末端单模光纤的长度相近.仿真结果表明：当温度升高时, 传感器的一些反射光谱向长波方向漂移, 而另一些反射光谱向短波方向漂移.分析结果可知, 光谱的移动方向和级联的两个法布里珀罗干涉仪的自由光谱范围的差值有直接关系,在温度升高的情况下, 自由光谱范围差值的正、负决定了传感器的光谱是向长波还是向短波方向漂移.此外, 自由光谱范围差值的大小对传感器灵敏度的高低起决定性作用, 其绝对值越小对应的传感器的灵敏度越高.实验制作了两个温度传感器, 其自由光谱范围之差分别为0.055 nm、－0.456 nm, 对应的温度灵敏度为163.8 pm/℃、－75 pm/℃, 实验结果与仿真结果一致.通过调整空芯光纤和末端单模光纤的长度可进一步提高灵敏度, 从而实现低成本、结构紧凑、高灵敏度的温度传感.
级联法布里珀罗干涉仪 游标效应 自由光谱范围 温度灵敏度 光谱漂移 Cascaded FabryPerot interferometers Vernier effect Free spectrum range Temperature sensitivity Spectrum shift
1 北方工业大学电子信息工程学院, 北京 100144
2 北方工业大学计算机学院, 北京 100144
运用传输矩阵法对串联耦合微环谐振腔透射谱进行分析，得出微环谐振腔具有梳状滤波特性。当一个周期脉冲序列通过微环谐振腔时，微环谐振腔的透射梳状谱对脉冲序列的频率进行选择，使得输出脉冲序列的频率增加，经过傅里叶逆变换后的输出脉冲序列周期变小。结果表明，随着频率倍乘数的增加，环半径相同的双环谐振腔相较于单环谐振腔，其输出周期脉冲序列的幅值更统一，脉冲序列频率倍乘(PRRM)效果更好；而串联耦合环半径不同的双环谐振腔能够在减少微环弯曲损耗的同时扩展自由光谱范围(FSR)，从而实现较好效果的PRRM；优化微环谐振腔的耦合系数，其输出的脉冲序列包络呈三角形，实用性大大提高。
信号处理 微环谐振腔 脉冲序列频率倍乘 滤波 自由光谱范围 耦合系数 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 040602
燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
基于两点耦合和光波干涉控制相移思想提出U型波导耦合单微环的谐振滤波器结构。利用传输矩阵法推导了此结构的数学模型，采用Matlab模拟了输出端口谱线形状。当微环与U型波导的两个耦合点之间的距离为微环周长的整数倍时，此新型微环谐振滤波器比传统的双直波导耦合单微环滤波器的自由光谱范围增加1倍。针对该结构参数，同时讨论了耦合系数对输出谱线的影响，得出当耦合系数为0.018时，输出谱线具有最佳的消光比，同时保持窄的带宽和高的品质因子。
集成光学 微环谐振滤波器 传输矩阵法 自由光谱范围
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
基于单腔和双腔结构的法布里-珀罗(F-P)腔透射光强度公式, 研究了单腔F-P结构的镜面反射率与腔长对透射谱线的影响; 在总腔长相同时, 模拟分析了单腔、对称及非对称双腔的透射光谱特性; 分析了镜面反射率对非对称双腔F-P结构透射光谱的影响。结果表明：无论单腔还是双腔的F-P结构, 镜面反射率增加导致输出峰的峰值半高宽(FWHM)减小; 腔长度增加会导致输出谐振峰间距减小, 而通过调节腔长比例系数和选择镜面反射率, 总长度相同的双腔能在不减小主谐振峰透射率的同时增加谱线间距。最后, 讨论了镜面反射率对输出谱线FWHM以及腔长微小形变对中心谐振峰的位置、FWHM和透射率的影响。
法布里-珀罗腔 双腔结构 透射率 自由光谱范围 峰值半高宽 Fabry-Perot cavity two-cavity structure transmissivity free spectral range full width at half maximum
光纤通信技术和网络国家重点实验室 烽火通信科技股份有限公司, 湖北 武汉430074
文章仿真验证了在差分相移键控(DPSK)解调时, 通过调整延时线干涉仪(DLI)两臂的相对延迟来优化自由光谱范围(FSR), 使其大于传输比特率, 能够获得比传统1 bit延迟更好的传输性能, 并得到了FSR的最优值。优化FSR后的DPSK解调系统对光信噪比(OSNR)灵敏度和色度色散容限范围均有改善, 对偏振模色散(PMD)的容忍度没有明显提高。
差分相移键控 延时线干涉仪 自由光谱范围 光信噪比 DPSK DLI FSR OSNR
1 南京邮电大学微流控光学技术研究中心, 江苏 南京 210003
2 南京大学国家微结构实验室微波光子学实验室, 江苏 南京210093
基于微环腔型光学滤波是一项正在发展中的新型气体传感技术,在工业生产、环境保护和医学等领域具 有广阔的应用前景。利用微环状波导腔构成气室的吸收光谱型气体传感器具有结构紧凑、波长 选择性良好等优点。通过气体吸收光谱及微环腔特性的计算和分析,对基于微环腔型光滤波器的新型气体 检测传感系统的设计进行了研究和探索,分析了微环尺寸与其谐振波长、自由光谱范围之间的关系。
滤波 微环腔 气体传感 自由光谱范围 filtering micro-ring resonator gas sensing freedom spectrum range
