1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
3 山西大学 物理电子工程学院 山西 太原 030006
引力波的直接探测打开了宇宙观测的新窗口, 开启了引力波天文学的新时代。当前世界上运行的第二代地基引力波探测装置分别包括位于美国汉福德和利文斯顿的两台LIGO、位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。然而, 第二代引力波探测器的应变灵敏度较低, 无法探测宇宙中绝大部分天文事件, 因此亟需建设第三代地基引力波探测装置。基于山西大学的低噪声激光光源和山西省的废弃矿井资源, 山西省政府已经立项, 支持建造第三代地基引力波探测装置“谛听计划”。本文通过计算迈克尔逊干涉仪、法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪、功率循环的法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪对引力波信号的频率响应, 并与美国激光干涉引力波天文台的LIGO探测器进行对比, 分别确定了“谛听计划”法布里- 珀罗腔和功率循环镜的反射系数。
地基引力波探测 迈克尔逊干涉仪 法布里- 珀罗腔 功率循环镜 ground-based gravitational wave detector Michelson interferometer Fabry-Perot cavity power-recycled mirror 量子光学学报
2023, 29(4): 040201
浙江理工大学精密测量技术实验室，浙江 杭州 310018
针对Pound-Drever-Hall（PDH）技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题，提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配；然后利用透射功率信号和传统误差信号构建一个新误差信号，以扩大PDH稳频系统的线性动态范围；接着，采用大调制深度对应的新误差信号实现快速捕获和预锁定；最后，采用小调制深度对应的误差信号实现精确锁定。锁定后，可根据幅值变化自动切换调制深度和误差信号，实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）的稳频控制系统，对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明，双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力，且锁定精度高，3小时腔长相对稳定度达5.72×10-9，所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。
Pound-Drever-Hall稳频 线性动态范围 法布里-珀罗腔 相位匹配 数字正交解调 光学学报
2023, 43(19): 1907001
College of Physics and Electronic Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, Shanxi, China
The combination of an optical cavity and a proportional-integral (PI) controller is commonly used in experimental quantum optical fields. In this study, an optimal PI controller for an optical cavity was designed based on the average-squared value of the error signal. The controller was implemented using a field-programmable gate array (FPGA) data acquisition board and LabVIEW software. The overall gain of the controller is optimized by adopting the cavity transmission as an optical power reference, such that the cavity locking performance does not degrade as the optical power varies.
Fabry-Perot cavity digital control system parameter tuning 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1536001
为满足未来无线通信的高带宽与圆极化通信的需要, 提出了一种基于法布里-珀罗腔的圆极化太赫兹天线。该天线采用准光学的波导馈电模式, 对圆波导45°切槽实现天线的线-圆极化转换, 采用电介质材料的部分反射面来提高天线的增益。仿真分析表明, 该天线在228GHz处获得最大增益为14.4dBic, 阻抗带宽(S11＜-10dB)为40GHz, 3dB增益带宽和轴比带宽分别为18与27GHz, 三者重叠带宽为18GHz。该天线具有良好的方向性、高带宽以及在整个工作频带实现圆极化等优点, 在太赫兹/毫米波无线通信中有一定的参考性与实用性。
北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室北京100192
微创外科穿刺手术探针的末端力测量是实现其精准控制和提高手术质量的关键，对保证手术操作的安全性至关重要。本文针对穿刺手术探针末端力测量的实际需求，设计了一种可集成于探针中的法布里-珀罗（Fabry-Perot， F-P）腔级联布拉格光栅（Fiber Bragg Grating， FBG）的光纤力传感器。首先，基于F-P腔的双光束干涉理论及光纤光栅传感理论并结合探针的悬臂梁结构，分析建立了植入在探针中光纤传感器的F-P腔和FBG传感模型，推导出F-P腔和FBG特征波长漂移量与施加力的映射关系，同时引入力与温度灵敏度矩阵，实现了探针力测量的同时有效避免了温度的交叉影响问题。接着，通过化学腐蚀的方法制备了光纤F-P腔并级联FBG形成传感器，并将传感器集成在手术探针中。最后，为了校准并检验本文所设计的F-P腔级联FBG光纤力传感器，对传感器进行了力与温度灵敏度的标定实验和稳定性测试实验。结果表明，该传感器的光纤F-P腔力灵敏度可达331.8 pm/N，FBG力灵敏度可达159.9 pm/N，线性度高于0.99，平均波长漂移为25 pm。本文设计的探针力传感器灵敏度高且线性度好，在微创外科穿刺手术机器人领域具有广阔的应用前景。
光纤传力感器 手术探针 法布里-珀罗腔（F-P腔） 布拉格光栅（FBG） 灵敏度矩阵 fiber force sensor surgical probe Fabry-Perot cavity（F-P cavity） fiber Bragg grating sensitivity matrix 光学 精密工程
2022, 30(20): 2421
哈尔滨工业大学物理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
可调谐法布里-珀罗谐振腔目前是在光通信、传感器和激光器等领域被广泛应用的光学器件。按照调谐方式可分为光纤型F-P腔、微机械型F-P腔和电光型F-P腔, 每种均有相应的优点和优势领域。综述了可调谐F-P腔的研究进展, 包括器件结构、性能参数两方面, 并分析了各类可调谐F-P腔器件的性能差异和未来的应用前景。
法布里-珀罗腔 可调谐 光纤器件 微机械 电光效应 Fabry-Perot cavity tunable optical fiber devices micromachine electro-optic effect
1 北京理工大学 光电学院 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
2 包头师范学院 物理科学与技术学院, 内蒙古 包头 014030
蓝宝石为晶体材料, 其熔点为2045℃, 具有高强度、高耐热性、高抗腐蚀性等良好的高温物理化学性能。单晶蓝宝石光纤可以在高于1000℃的超高温下传输光信号, 基于其制作的蓝宝石光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器耐超高温、本征安全, 适用于危险、恶劣的环境中, 近年来, 得到广泛研究, 已研制出用于超高温环境的蓝宝石光纤温度、压力、振动传感器。文章综述了蓝宝石光纤F-P传感器的研究进展, 介绍了课题组在蓝宝石光纤传感技术方面的研究成果, 最后对传感器的研制提出了改进建议。
蓝宝石光纤 光纤传感器 法布里-珀罗腔 超高温 sapphire fiber optical fiber sensor Fabry-Perot cavity ultra-high temperature
西安工业大学 光电工程学院 , 西安 710021
为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 马赫-曾德尔干涉 空芯光纤 optical fiber sensor Fabry-Perot cavity Mach-Zehnder interference hollow core fiber
