Введение к работе
Актуальность работы.
В последние годы большое внимание уделяется исследованиям, направленный на создание волоконно-оптических датчиков с частотным кодированием сигнала на основе микрорезонаторных структур (MPQ, возбуждаемых светом. Сочетание технологии микроэлектроники и волоконной оптики позволяет решить две основные проблемы, стоящие на пути внедрения в практику волоконно-оптических датчиков;
а) повысить точность измерений.
б) создать мультиплексные измерительные системы на их основе.
Микрорезонатор, как правило, представляет собой микробалку или
микроконсоль, изготовленные из кремния методом анизотропного травления. Внешнее воздействие (например давление, температура и т. д.) деформирует подложку микрорезонатора и через изменение внутреннего механического напряжения изменяет резонансную частоту изгибных колебаний, возбуждаемых светом. Эти изменения частоты регистрируют волоконно-оптическими методами. Новые возможности для измерения физических воздействий открывает нанесение на поверхность микрорезонатора пленок веществ, селективно чувствительных к различным факторам. Однако при этом значительно снижается добротность микрорезонатора и падает точность измерения частоты и датчика в целом. Поэтому дальнейшее развитие рассматриваемого направления в большей степени связано с разработкой методов измерения параметров низкодобротных МРС (частота, амплитуда, фаза колебания), позволяющих реапизовывать необходимую точность измерений.
Цепь работы Цепью настоящей работы является разработка и создание программно-аппаратных средств и методов исследования оптически возбуждаемых микрорезонаторных структур.
Научная новизна
1. Предложены новые методы:
- измерения резонансной частоты низкодобротных колебательных си
стем, в частности микрорезонаторов, основанный на использовании
двухчастотного возбуждающего сигнала;
- повышения отношения сигнал/шум при произвольном дрейфе дли
ны короткого оптического резонатора интерферометра, основаный
на выборе одной из двух (Xj или % 2) Д*1 волн зондирующего излучения, связаны* соотношением:
1 --^ '
1 п+0,5
где L- длина резонатора интерферометра, а а и m - целые числа. - стабилизации рабочей точки интерферометра с модулируемой длиной оптического резонатора, оснований на сравнении длительностей положительных и отрицательных полуволн переменной составляющей выходного сигнала.
2. На основе предложенных методов создан программно-аппаратный комплекс для измерения амплитудных, частотных и фазовых характеристик МРС с разрешением по частоте 0.01 Гц.
Практическая ценность
1. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что на основе предложенных методов разработан программно-аппаратный комплекс, позволяющий на стандартной оптоэлектрон-ной базе проводить исследование и разработку волоконно-оптических датчиков (ВОД) на основе МРС.
2. Предложенный двухчастотный метод измерения резонансной частоты позволяет снизить требования к временной стабильности генераторов, формирующих измерительный сигнал до времени, равному циклу измерений.
3. Метод стабилизации рабочей точки позволяет осуществить стабилизацию рабочей точки для симметричных измерительных сигналов произвольной частоты, амплитуды и формы. Метод обладает повышенным быстродействием: минимальное время регулирования равно периоду колебаний. Данный метод использовался для контроля деформаций кристаллов мощных транзисторов. Он может быть использован для контроля качества изготовления транзисторов в процессе производства и прогнозирования их надежности.
4. Метод повышения отношения сигнал/шум позволяет снизить технологические требования к изготовлению первичных преобразователей при сохранении высокой точности измерений.
Положения, выносимые на защиту
I. Программно-аппаратный комплекс для исследования частотных (с разрешением до 0,01 Гц), амплитудных и фазовых характеристик МРС, возбуждаемых акустическими или оптичесізіші сигналами.
2. Метод измерения резонансной частоты низкодобротных колебательных структур, основанный на использовании двухчастотного возбуждающего сигнала и определении резонансной частоты по моменту равенства амплитуд откликов.
3. Способ стабилизации рабочей точки интерферометра, основанный на сравнении длительностей положительных и отрицательных полуволн переменной составляющей выходного сигнала интерферометра при произвольной частоте и амплитуде колебаний МРС.
4. Способ повышения соотношения сигнал/шум на выходе интерферометра, оснований на регистрации сигнала на одной из двух длин волн, связаных соотношением
М п+0,5
где L - длина резонатора интерферометра, а п и m - целые числа.
Апробация работы
Материалы, включенные в диссертацию, докладывались на совместном научно-техническом семинаре Саратовского Филиала ИРЭ АН СССР, НТОРЭС им. А.С. Попова, УлПИ "Методы повышения точности регистрации и обработки измерительной информации в оптико-электронных устройствах." (Ульяновск 1991 г.), Третьей международной конференции по волоконной оптике и телефонии ISFOC- 93 (С-Петсрбург. 1993 г.), Всеросийской конференции "Волоконная оптика" (Москва, 1993г.) , V - й Российской научно-технической конференции " Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля качества материалов, изделий и окружающей Среды". (Ульяновск, 1993г.), Шестом межреспубликанском научном заочном научно-техническом семинаре "Применение лазеров в науке и технике" (Иркутск, 1994 г.).
Результаты работы опубликованы в 5 печатных работах.
