光栅衍射实验拓展与创新.doc

1利用旋转光栅衍射光谱测量旋转物体角速度近来理论研究表明在单色平行光斜入射条件下,光栅衍射明纹(主极大)的衍射光与入射光夹角随入射角变化,即当平行光入射角改变时,光栅衍射的明纹(主极大)在焦平面上的位置要发生移动。实验发现当光栅绕垂直入射光方向的竖直轴旋转时光栅衍射的明纹(主极大)在焦平面上将做周期运动。根据这一结论,本文提出了一种利用旋转光栅测量测量转动物体角速度和角加速度的方法。首先理论上推导了入射光波长与光栅常数比值﹤﹤1情况下,光栅衍射的明纹(主极大)在焦平面上的位置随入射角做周期变化的公式,并在实验上测量了匀速转动物体的角速度和匀变速转动物体的角加速度。该方法可对转动物体实现无接触、远距离测量,具有很高的实际应用价值。θ光栅LEO平行光光栅法线原理图2光纤光栅随着经济的发展,我国基础设施建设的规模不断加大,新建的高楼、道路、桥梁、大坝几乎遍地开花。对于这些建筑物健康状况的传感、测控成为一项重要课题。加拿大通信中心的HillKO等人在1978年首次在掺锗光纤中采用驻波写入法制成光纤Bragg光栅(FBG)。使得光纤光栅传感器和传感技术成为科学研究和技术开发的热点。光纤光栅具有几个突出主要优点:1)光的频率数量级为THz,其频带范围很宽,动态范围很大,不受电磁场干扰;2)信号采用波长编码,不受光源强度的起伏、光纤微弯损耗引起的随机起伏和耦合损耗等因素的影响,对环境干扰不敏感;3)光纤光栅的材料是二氧化硅,具有较强的耐腐蚀能力;4)自定标和易于在同一根光纤内集成多个传感器复用;芯径细且柔韧,易于布设;5)易于实现大面积分布式测量。因此,光纤光栅传感器具有推动光纤光栅传感器进入前沿发展的潜力。我国对光纤光栅传感器的研究相对晚一些,目前我国的光纤传感器的产业化和大规模推广应用方面还远不能满足国名经济发展的需求。因此,近期的光纤传感技术研究和产业化特点是以成熟的光纤通信技术向光纤传感技术转化为重点,目前对光纤光栅传感器的研究方向主要有以下几个方面:(1)对传感器本身及进行横向应变感测和高灵敏度、高分辨率、且能同时感测应变和温度变化的传感器研究;(2)对光栅反射信号或透射信号分析和测试系统的研究,目标是开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术;(3)对光纤光栅传感器的实际应用研究,包括封装技术、温度补偿技术、传感器网络技术。(4)开展各应用领