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红外与毫米波学报 2021年第1期40卷 44-49页

作者：丛蕊周晟陈刚蔡清元蒋林刘定权中国科学院上海技术物理研究所上海200083

为具备尽量宽的波长调谐范围,可调谐fabry-perot滤波器(TFPF)作为分光器件应用于高光谱遥感时其腔长必须很小。不同于传统fabry-perot干涉仪,当TFPF的腔长与谐振波长相当时,其反射镜上的反射相移不可忽略。本文基于传输矩阵方法,在宽光... 详细信息

为具备尽量宽的波长调谐范围,可调谐fabry-perot滤波器(TFPF)作为分光器件应用于高光谱遥感时其腔长必须很小。不同于传统fabry-perot干涉仪,当TFPF的腔长与谐振波长相当时,其反射镜上的反射相移不可忽略。本文基于传输矩阵方法,在宽光谱范围内对介质反射镜的反射相移和TFPF的滤波特性进行了数值计算。结果显示,考虑反射相移后TFPF表现出更高的光谱分辨率,并且波长调谐范围被压缩。研究成果对面向高光谱遥感应用的TFPF的结构设计和波长校准具有指导意义。

关键词：波长调谐范围可调谐fabry-perot滤波器高光谱遥感反射相移光谱分辨率

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电容反馈式可调谐F-P滤波器及其光谱应用

电容反馈式可调谐F-P滤波器及其光谱应用

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作者：陆逸凡苏州大学

学位级别：硕士

便携式光谱仪结构轻便小巧,成本较低,能够在多种场合实时现场地进行光谱测量,具有重要的实用价值。光谱分辨率是衡量光谱仪器的一个重要指标,但是由于受到色散元件分辨本领、像差、光路尺寸和探测器像元大小等方面的限制,普通小型便携... 详细信息

便携式光谱仪结构轻便小巧,成本较低,能够在多种场合实时现场地进行光谱测量,具有重要的实用价值。光谱分辨率是衡量光谱仪器的一个重要指标,但是由于受到色散元件分辨本领、像差、光路尺寸和探测器像元大小等方面的限制,普通小型便携式光谱仪的光谱分辨率受到了制约。而基于多光束干涉原理的法布里-珀罗(fabry-perot,F-P)干涉仪在研究光谱的精细结构方面有很大的优势,F-P器件一般能够具有很高的分辨本领。本文针对提高小型光谱仪分辨率的应用需求,通过理论分析F-P腔基本原理,设计制作了一种新型的电容反馈式可调谐F-P滤波器,包括平行反射镜构成的腔体、压电陶瓷(PZT)调谐部件、电容传感与反馈电路三部分。经过光谱实验测试,此可调谐F-P滤波器的精细因子能够达到15,同时滤波器的自由光谱范围可以达到3nm,通过压电陶瓷能够扫描整个光谱范围,结合色散型光谱仪系统可以在宽谱段范围内获得优于0.2nm的光谱分辨率。此外,在平行平面腔的基础上加入了电容传感器,制作了电容传感与反馈控制电路并编写了相应软件,通过对腔体上电容的探测和反馈控制,能够实时得到F-P滤波器的腔长且保持腔体的平行性,拥有良好的滤波特性。本文研制的电容反馈式可调谐F-P滤波器具有结构简单、体积小、适用波长范围宽、自由光谱范围较大、抗干扰能力强、成本低等特点,经实验验证能够适用于小型光谱仪分辨率增强的应用。

关键词：可调谐fabry-perot滤波器光谱分辨率微电容探测 PZT压电陶瓷反馈控制

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基于频谱分区的高精度光纤布拉格光栅传感解调系统的研究

基于频谱分区的高精度光纤布拉格光栅传感解调系统的研究

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作者：杨刚南京大学

学位级别：硕士

以光纤技术为基础发展起来的光纤无源及有源器件一直是全世界学者研究的重点,也是相关行业各公司新技术新产品的研发核心。光纤布拉格光栅便是其中一个典型的应用器件,它是一种可以将外界多种环境参量转换成光栅的布拉格反射中心波长信... 详细信息

以光纤技术为基础发展起来的光纤无源及有源器件一直是全世界学者研究的重点,也是相关行业各公司新技术新产品的研发核心。光纤布拉格光栅便是其中一个典型的应用器件,它是一种可以将外界多种环境参量转换成光栅的布拉格反射中心波长信息变化量的器件。其优势在于有效避免了多种外界不稳定因素的影响,并降低了传统传感器使用时受到的电磁干扰,同时以其优异的低成本效应,被越来越多的行业探索使用。在传感解调系统中,最为关键的技术是如何准确并稳定的解调出布拉格反射波长变化以实现对外界环境参量的传感,这也是本文的研究重点。本文从基本的模式耦合原理入手,推导出光纤光栅的温度及应力传感模型,然后对比了现有解调方法的优劣势,选择使用目前应用最为广泛的光纤法布里-珀罗(fabry-perot)滤波法进行解调。但是由于光纤法布里-珀罗滤波器调谐时存在蠕动、磁滞和非线性特性,严重影响解调系统的精度与稳定性。为了解决该问题,本文结合光纤法布里-珀罗(fabry-perot)标准具提出了一种基于频谱分区的解调方案,使用标准具动态校准滤波器的波长读取值,很好的消除了由滤波器调谐的温漂和蠕动引起的测量误差;同时利用ASE光源特性进行频谱分区解调,大大降低了滤波器调谐时非线性的影响,使得解调系统具有很高的解调精度和很好的稳定性。为了实现系统的性能,设计与制作了以DSP2812为核心的高速硬件控制与采集电路,并结合LabVIEW和Matlab设计了计算机端的数据处理程序与整个系统的交互界面,丰富了系统功能,简化了操作难度。最后对该系统的性能进行了测试,并对系统可能存在的误差进行了分析,实验结果表明本文所设计的系统稳定性为0.97pm,分辨率达到了0.33pm,温度解调误差为0.03-0.13。C,线性度为0.9999,相对于传统滤波器法,本系统的温度解调精度和稳定性均得到了很大提升。验证了本系统能够应用到实际中进行温度的实时监控。

关键词：光纤光学光纤光栅传感解调系统可调谐fabry-perot滤波器光纤fabry-perot标准具频谱分区解调

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基于FBG传感信号解调技术的研究

基于FBG传感信号解调技术的研究

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作者：王庆华燕山大学

学位级别：硕士

光纤布喇格光栅(FBG)传感器以其优异的电气绝缘性以及抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,被广泛应用于建筑、电力、医药和化工等多个领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点。FBG传感信号解调技术的研究又是FBG传感... 详细信息

光纤布喇格光栅(FBG)传感器以其优异的电气绝缘性以及抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,被广泛应用于建筑、电力、医药和化工等多个领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点。FBG传感信号解调技术的研究又是FBG传感领域的重点和难点,从而引起人们的广泛关注。本文以FBG传感器信号解调技术的研究为主题,对几种解调技术进行了深入的理论和实验研究。首先,对国内外FBG传感信号解调技术发展状况进行了综合分析,阐述了该领域的研究现状,并分析了有关解调方案的优缺点。其次,系统地阐述了光纤传光的耦合模理论,并在此基础上推导出FBG的Bragg公式、反射率和透射率公式;分析了FBG的应变、压力和温度传感器的传感机理。给出了FBG匹配滤波动态解调方案的数学模型并对其进行了仿真研究;实验研究了两种解调方案:一是应用压电陶瓷控制调制FBG进行信号解调;二是应用可调谐F-P滤波器对传感FBG进行信号解调,进一步验证了所给出的数学模型的正确性,并对实验中出现的问题进行了深入的分析研究。最后,设计了基于MCS-51单片机控制的FBG传感器信号解调系统,对系统中所应用的两种匹配光栅扫描装置进行了深入的实验研究:一是压电陶瓷扫描,二是步进电机推动悬臂梁扫描。实现了扫描信号值的LED显示,并获得了6.7 pm/V和1 pm/步的静态测量灵敏度。

关键词：光纤布喇格光栅动态解调匹配滤波压电陶瓷可调谐fabry-perot滤波器

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