近日，哈爾濱工業(ye) 大學馬欲飛教授領導的團隊在《Light：Advanced Manufacturing》上發表了一篇題為(wei) 《Fabry-Perot based phase demodulation of heterodyne light-induced thermoelastic spectroscopy》的論文。論文介紹了一種使用法布裏-珀羅幹涉儀(yi) （Fabry-Pérot Interferometer，簡稱FPI）的外差光致熱彈光譜 (Light-Induced Thermoelastic Spectroscopy，簡稱LITES) 相位解調方法。通過對FPI的振動進行外差相位解調，從(cong) 理論和實驗上驗證了在一定條件下FPI的相位僅(jin) 與(yu) 微振動有關(guan) 、與(yu) 探測激光功率無關(guan) 、對探測激光波長微小變化不敏感，從(cong) 而大大改善了係統的長期穩定性。與(yu) 傳(chuan) 統的強度解調係統相比，新的相位解調方法結構簡單，並且在使用LITES技術時能夠抵抗光源和周圍環境的幹擾。

基於(yu) Fabry-Pérot的H-LITES相位解調係統結構示意圖

LITES提供極高靈敏度和非接觸式測量，使其成為(wei) 適用於(yu) 多個(ge) 不同領域的有用傳(chuan) 感技術。然而，傳(chuan) 統LITES的檢測性能受到熱噪聲的限製，尤其是在使用高功率激光器時。隨著激光功率的增加，電信號中的激光輻射呈指數放大，限製了LITES傳(chuan) 感器的信噪比(SNR)和最小檢測限。

研究人員推測，避免熱噪聲影響的一個(ge) 潛在解決(jue) 方案是解調石英音叉(QTF)的振動，該石英音叉在LITES中用於(yu) 檢測振動，以代替電信號。

該團隊使用法布裏-珀羅（Fabry-Pérot，簡稱F-P）解調代替QTF的電解調。FPI被認為(wei) 是一種安全、遠程、靈敏、抗電磁幹擾的微振動測量裝置。

通常，強度解調方法用於(yu) 法布裏-珀羅微振動傳(chuan) 感器，並且由於(yu) 環境幹擾和激光波長的擾動，信號可能變得不穩定。 

由於(yu) FPI容易受到幹擾，研究人員開發並測試了一種相位解調方法，該方法可能為(wei) 控製 H-LITES不穩定性方麵提供有效的解決(jue) 方案。

該圖顯示了使用相位解調方法的基於(yu) FPI的H-LITES傳(chuan) 感器的功率和波長響應。(a) 采用相位解調方法，H-LITES信號峰峰值基本一致，平均值為(wei) 55.54°，標準差為(wei) 0.64°。相位解調方法不受激光源的幹擾，即使使用低功率探測激光器也能產(chan) 生出色的檢測性能。(b) 峰峰值在 1536至1555 nm波長範圍內(nei) 保持恒定。相位解調方法近似與(yu) 波長無關(guan) ，在任何波長下具有相同的靈敏度；它不需要將波長固定在Q點，並且不受激光波長幹擾。使用FPI中的相位解調方法可以克服環境幹擾造成的Q點漂移。

為(wei) 了防止QTF引起的電信號中的熱噪聲，研究人員使用具有單模光纖端麵和音叉尖頭一側(ce) 的FPI來測量QTF的周期性振動。Fabry-Pérot腔的長度根據光致熱彈性能量轉換對音叉振動的影響而變化，從(cong) 而導致FPI相位發生變化。

由氣體(ti) 吸收引起的QTF振動是通過使用強度和相位解調方法解調法布裏-珀羅腔長度的位移來反演氣體(ti) 濃度來確定的。由於(yu) QTF的振動與(yu) 氣體(ti) 濃度成正比，因此可以通過解調相位來線性反演濃度。

研究人員使用H-LITES來驗證傳(chuan) 感器性能。在實驗中，他們(men) 優(you) 化了影響外差信號的參數，包括激光調製頻率、調製深度、激光波長掃描上升時間、幅度和鎖定放大器的檢測帶寬。

采用強度和相位解調方法，基於(yu) FPI的1f（即QTF頻率的一次諧波）H-LITES信號的信噪比分別為(wei) 722.92和864.29。結果表明，相位解調方法比強度解調方法提供了更好的檢測性能。

研究人員使用強度和相位解調方法來確定基於(yu) FPI的1f H-LITES傳(chuan) 感器的濃度、功率和波長響應以及長期穩定性。他們(men) 發現相位解調方法比強度解調方法提供了更好的濃度響應線性和更好的長期穩定性。

該圖顯示了基於(yu) FPI 的 H-LITES 傳(chuan) 感器的長期穩定性。(a) 使用強度解調方法，H-LITES信號的峰峰值隨時間逐漸減小。穩定性較差。(b)使用相位解調方法獲得的H-LITES信號的峰峰值一致，表明基於(yu) FPI的相位解調方法的H-LITES具有優(you) 異的係統穩定性。

研究人員驗證了FPI的相位與(yu) 微振動有關(guan) 。與(yu) 強度解調方法相比，使用相位解調方法獲得的峰峰值與(yu) 探測激光功率和波長無關(guan) 。因此，不再需要穩定正交工作點（Q 點）。

基於(yu) FPI的H-LITES采用相位解調方法表現出良好的係統穩定性，並且能夠解決(jue) 由環境幹擾而導致的Q點漂移問題。研究人員表示，相位解調方法不受激光源和波長的幹擾，即使使用低功率探測激光器也能產(chan) 生出色的檢測性能。

據《fun88网页下载》了解，這項研究成果有望在高靈敏度LITES氣體(ti) 傳(chuan) 感、F-P腔傳(chuan) 感器等相關(guan) 領域中起到重要的作用。