《白光干涉技术原理与应用》教学大纲

1、白光干涉技术原理与应用16学时/ 1学分英文译名：White-Light Interferometry: Principles and Applications 适用领域：光学工程、光学教学目的：白光干涉技术是利用宽谱光作为光源，通过观测干涉条纹以实现待测物体的相关信息实现提取与量度的新型光学测量技术。由于它具有绝对量测量，测量精度高，抗电磁干扰，本质安全防爆，易于多路复用，造价低廉等特点，因而成为近20年来快速发展的一门现代光学（纤）干涉技术，在精密计量与测试、生物医学、材料学等领域都存在着广泛的应用。将白光干涉原理与技术引入到研究生课程教学的目的是，让学生获得最新的宽谱光干涉技术领域的研究

2、方法、研究成果与技术手段，使课堂教学与前沿科学研究相衔接，培养学生的创造性思维，拓展学生知识面的深度和广度，合理配置和优化学生的知识结构；通过课外补充资料的阅读，增强学生研究能力的培养，使其具备一定的文献查阅和外文资料阅读的能力，为独立开展科学研究奠定基础。教学方式及学时分配：（包括课堂授课、课堂讨论、实验、上机等）（宋体10号字） 课堂讲授12学时，课堂讨论4学时教学主要内容及对学生的要求：（含先修知识、学习内容等）（宋体10号字）学生先修波动光学、电路基础、光纤理论与技术、光纤传感技术等方面的基础知识。内容摘要：（300-500字）（宋体10号字）第一章：宽谱光干涉理论及白光光源（2学时）

3、白光（宽谱光）干涉现象，部分相光的复数描述法，部分相干光的功率谱密度，光束的相干函数和相干度，互相干函数的谱表示，部分相干光的波动方程，时间相干性。白光光源的评价，光源的光谱及其相干函数的描述，半导体白光光源，掺杂光纤白光光源；固态脉冲激光光源；自相位调制光源。第二章：白光干涉仪结构与分析方法（2学时）白光干涉仪的基本结构，白光干涉仪的构造方法，几种典型的光纤白光干涉仪，光程匹配与光程追踪分析方法。第三章：光程扫描延迟与白光干涉仪的解调技术（2学时）空间扫描解调技术，线性机械扫描技术，基于PZT的扫描延迟技术，快速旋转扫描技术；光纤F-P白光干涉与CCD解调技术，前后串接方法；光纤传感器的解调

4、技术，F-P腔与环形谐振腔技术。第四章：干涉条纹分析技术（2学时）中心条纹的测量与分析方法；信噪比与中心条纹识别；光源组合与优化；条纹计数测量与分析方法；阈值选择与误差分析；数字化处理与量化误差。第五章：白光干涉光纤温度与应变传感测量方法应变测量方法，温度测量方法（温度热膨胀），温度补偿方法（两种方法：卡尔捎法与双传感比较法），应变与温度同时检测方案（双光源方案）。第六章：光纤白光干涉传感器的多路复用与网络技术（2学时）光纤开关方法，1N星形耦合器方法，环形谐振腔与F-P腔多路复用方法，组合形多路复用技术，最简光纤白光干涉仪的几种多路复用结构， 基于串行与并行的网络技术，环形网络技术(单环与多

5、环)，多端口问讯网络技术。第七章：白光干涉仪的应用（4学时）用于光纤参数测量，用于偏振模式耦合的测量，用于透明液体折射率测量，用于光电器件结构参数的确定，光学相干层析用于医用眼球特性测量，用于复合材料内部应变的测量。考核方式：（开卷、闭卷；笔试、口试；实验、上机操作、设计图；平时成绩所占比例等）（宋体10号字）要求学生阅读20篇相关文献，写出由教师命题的短论文，论文主要内容是能够针对某一具体研究课题阐明研究背景、独立思考的理论分析和创新想法、具体方案、实施办法和手段，考察学生创新周密的思维。平时成绩占有30%，包括是否积极参与课堂讨论、是否正确的回答问题及是否活跃的思维表现。主要参考书目：教材

6、名称 主编姓名 出版社名称 （宋体10号字）（此处填写本课程使用主要参考书目、文献及学生必读参考书籍、资料等）（宋体10号字）Libo Yuan, Limin Zhou, Wei Jin, C. C. Chan, Recent progress of white light interferometric fiberoptic strain sensing techniques, Review of Scientific Instruments 2000, 71(12): 4648-54.Yun-Jiang Rao, David A Jackson, Recent progress in fi

7、ber optic low-coherence interferometry, Meas. Sci. Technol., 1996, (7) 981999.Al-Chalabi, S. A., Chlshaw, B., and David, D. E. N., Partially coherent sources in interferometric sensors, Proc. 1st International Conference on Optical Fiber sensors, London, 132-135, 1983Takada, K., Yokohama, I., Chida,

8、 K., and Noda, J., New measurement system for fault location in optical waveguide devices based on an interferometric technique, Appl. Opt., 26, 1603-1606, 1987Youngquist, R. C., Carr, S., and Davies, D. N., Optical coherence domain reflectometry: a new optical evaluation technique, Opt. Lett., 12,

9、158-160, 1987Sorin, W. V., and Baney, D. M., A simple intensity noise reduction technique for optical low-coherence reflectometry, IEEE Photonics Technology Letters, 4, 1404-1406, 1992Baney, D. M., and Sorin, W. V., Extended-range optical low-coherence reflectometry using a recirculating delay techn

10、ique, IEEE Photonics Technology Letters, 5, 1109-1112, 1993Baney, D. M., and Sorin, W. V., Optical low coherence reflectometry with range extension150m, Electronics Letters, 31, 1775-1776, 1995D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregor

11、y, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, “Optical coherence tomography,” Science, vol. 254, pp.11781181, 1991D. Inaudi, Fiber optic sensor network for the monitoring of civil engineering structures, EPFL, Lausanne, Switzerland(1997), Ph.D. Thesis No. 1612.苑立波，温度和应变对光纤折射率的影响，光学学报，17（12），1713-1717，1997

12、Libo Yuan, A simple way for improvement the identification of the central fringe in fiber-optic white light interferometer, Optics & Laser Technology, 29 (7), 365-369, 1997Libo Yuan and Farhad Ansari, White light interferometric fiber optic distribution strain sensing system, Sensors and Actuators:

13、A. Physical, 63(3), 177-181, 1997Libo Yuan, White light interferometric fiber-optic strain sensor with three-peak-wavelength broadband LED source, Appl. Opt., 36(25), 6246-6250，1997Libo Yuan, 1N star coupler as distributed fiber optic strain sensor using in white light interferometer, Applied Optics

14、, 37(6), 4168-4172, 1998Yuan Libo, Xiaoyan Lin, Yijun Liang, and Yande Xu, Any-direction fiber-optic sliding sensor, Journal of Optoelectronics Laser, 9, 251-253, 1998 Libo Yuan, Limin Zhou and Wei Jin, Quasi-distributed strain sensing with white-light interferometry: a novel approach, Optics Letter

15、s, 25(15), 1074-1076, 2000Libo Yuan, Limin Zhou, Wei Jin and Jun Yang, Low-coherence fiber-optic sensor ring network based on a Mach-Zehnder interrogator, Optics Letters, 27(11), 894-896, 2002Libo Yuan, Limin Zhou and Wei Jin, Multiplexing fiber optic white light Michelson interferometers based on a

16、 ring-resonator, IEEE Journal of Ligthwave Technology, 20(8), 1471-1477, 2002 Libo Yuan, Multiplexed white light interferometric fiber optic sensor matrix using a long cavity Fabry-Perot resonator, Applied Optics, 41(22), 4460 -4466, 2002Libo Yuan, Push-pull fiber optic inclinometer based on a Mach-

17、Zehnder optical low-coherence reflectometer, Review of Scientific Instruments, 75(6), 2013-2015, 2004Libo Yuan, Jun Yang, Limin Zhou, Wei Jin and Xiaoli Ding, Low-Coherence Michelson Interferometric Fiber-Optic Multiplexed Strain Sensor Array: A Minimum Configuration, Applied Optics, 43(16), 3211-3215, 2004苑立波，光纤白光干涉传感技术的发展与应用(特邀论文)，黑龙江大学自然科学学报，22（2），172-187，2005杨 军