复消色差光路设计优化光纤法布里-珀罗传感器解调精度

"本文主要探讨了光纤法布里-珀罗(F-P)传感器在航空发动机检测中的应用，特别是在偏振互相关解调系统中的光学设计挑战。文章指出，光学系统的轴向色差会降低解调精度和信号幅值，因此需要采取措施减少这种影响。作者设计了一种复消色差光学系统，旨在减小轴向色差，提高解调性能。该系统具有较小的轴向色差和光程差，可显著改善零级干涉条纹的测量精度和CCD像素的光照度。" 光纤法布里-珀罗传感器是一种广泛应用的传感器类型，尤其在航空发动机的监测中，其能够精确地检测各种物理参数。这种传感器基于法布里-珀罗干涉原理，通过测量光在封闭腔体内反射产生的干涉条纹变化来获取信息。 偏振互相关解调法是解调F-P传感器腔长变化的常见技术。在该方法中，利用偏振光的相互作用来探测腔长的变化，但光学系统的轴向色差会引入误差。轴向色差会导致零级干涉条纹的位置移动，以及光强的降低，这两者都会降低解调的准确性和信号的强度。 为了克服这一问题，文中提出了一个复消色差光学系统的设计方案。复消色差技术是一种光学补偿方法，用于消除不同波长光的色散，使得不同颜色的光能够在同一位置聚焦，从而减少由色散引起的解调误差。设计的光学系统在光楔长度方向上的轴向色差仅为1.9×10^-4 m^-1，最大光程差为0.021λ0，远小于F-P腔的长度，确保了良好的色散控制。 通过采用该复消色差光路设计，零级干涉条纹的测量偏移量减少到2.85 μm，小于CCD像素宽度的一半，这意味着解调的定位精度显著提高。此外，由于光路优化，CCD上任意像素的光照度提升了3.75倍，增强了信号的检测能力，从而提高了整个系统的性能。 关键词：光纤光学、光路设计、复消色差、光纤法布里-珀罗传感器，这些关键词凸显了研究的核心内容。文章的研究成果对于优化光纤传感器的性能，特别是提升航空发动机检测的精度和可靠性具有重要意义。