基于改良条纹计数和直接相位解调的双光纤法布里-珀罗传感器

空气隙法布里-珀罗(F-P)标准具是一种常见的光无源器件,其作为滤波器广泛应用于光通信、光电测量和光传感领域。根据经典干涉理论,F-P标准具的光谱为周期出现的洛伦兹峰。但在对F-P标准具透射谱的校准与拟合过程中,发现其透射峰存在左右不对称以及展宽现象,导致使用经典洛伦兹公式的拟合误差较大。通过分析透射峰不对称度和展宽间的关系,并考虑光纤准直器的发散角以及F-P标准具的装配误差因素,提出了一种基于传统F-P干涉理论并融合发散角与入射偏角的多峰叠加拟合公式。使F-P透射谱的拟合方差提高到0.008、重合精度为0.9998, 与基于洛伦兹线型的拟合结果相比提高了近15倍。该研究提供了一种对光纤空气隙F-P标准具透射谱精确拟合的方法,并对其设计以及装配工艺有着重要的指导意义。

将激光器锁定于超稳定法布里珀罗(F-P)腔的腔长上，是目前获得超窄线宽激光输出的重要手段。因此，激光器的频率稳定性依靠于F-P腔腔长的稳定性。振动引起的谐振腔形变是影响超稳定光学谐振腔稳定性的主要因素。利用有限元分析的方法定量地分析了振动环境中两种实验室常用的F-P腔在不同支撑方式下的弹性形变情况。数值计算结果给出了这两种形状的超稳定F-P腔的最优化支撑方式，使其对振动引起的腔长变化达到最小化,使振动环境下的超稳腔腔长变化最小达到10-12 m。

研究了面向海洋应用的光纤法布里-珀罗高压传感器，通过建立有限元数值模型对传感器满量程腔长变化量进行分析。数值仿真显示，有限元模型的满量程腔长变化量处于固支模型和简支模型之间，且随着法布里-珀罗腔半径的减小和硅膜片厚度的增加而偏离固支模型。引入固支边界条件偏离度β对偏离程度进行量化分析。制作了三种不同规格的传感器进行压力实验研究。实验结果显示，实际测量得到的传感器芯片满量程腔长变化量与有限元数值计算的结果基本吻合，使用该有限元模型设计传感器芯片可将满量程腔长变化量误差降低到13.4%以下。传感器最大量程达到105 MPa，满量程测量精度均优于0.100%。