高品质谐振腔精确光存储时间测试方法的研究

摘要

如今的社会，科学技术的发展日新月异，我们在享受科技带来的便捷的同时，也承受着由于对自然环境过度索取带来的负面影响。化工污水对于地下水的污染、大气中的硫、粉尘等都时时刻刻地威胁着我们的身体。工业生产活动中，易燃易爆的气体也严重影响生产环境的安全性。为了实时监测这些危险因素，我们需要高灵敏度传感器来完成这些任务。
　　光学谐振腔是一种高灵敏度传感器的核心器件，对其特性测试的精度严重影响传感器的灵敏度。连续腔衰荡光谱法可以直接测定光学谐振腔的光子存储时间，利用测得的谐振腔光存储时间可以计算谐振腔的特性参数和腔损耗参量。
　　本文从光学谐振腔谐振时的光场传递函数入手，分析了连续腔衰荡法测试谐振腔光存储时间的原理。根据光存储时间量级不同，分别设计两套不同的实验系统测试微型腔和光纤环形腔的光存储时间。首先设计了谐振腔光存储时间提取方法的对比仿真实验，选取一种适合本实验的数据拟合方法。接下来测试探测器响应特性，分析其对测试结果的影响，再进一步完成对激光器输出稳频和抑制系统随机噪声的实验，成功测得微型腔和光纤环形腔精确光存储时间。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2腔衰荡光谱的产生的发展

1.3国内对腔衰荡光谱的研究状况

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 微球腔基本理论分析

2.1谐振腔腔光场理论分析

2.2 腔衰荡法测试谐振腔光存储时间的原理

2.3 相关参数的计算

2.4 本章小结

第三章 光存储时间提取方法的研究

3.1 最小二乘法原理

3.2 最小二乘法拟合在腔衰荡实验中的应用

3.4 两种拟合方法的对比仿真实验

3.5 数据点抽样与拟合精度的关系

3.6 使用Origin完成Levenberg-Marquardt拟合

3.3 本章小结

第四章 微型腔光存储时间的测试

4.1 实验系统介绍

4.2 光电探测器对腔衰荡时间的影响

4.3 激光器稳频实验

4.4 系统噪声的抑制实验

4.5 实验结果及线宽法对比实验

4.6 本章小结

第五章 光纤环形腔光存储时间的测试

5.1实验系统介绍

5.2 主控芯片freescale9S12介绍

5.3 信号发生模块设计

5.4 光纤环形腔光存储时间实验

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果

致谢