膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率为681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30～140℃,温度交差敏感<1.07kPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器。室温下在0.1～2.1MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平。

高灵敏度光声光谱仪及其生物学应用研究

由可调谐CO/CO2 激光器、纵向共振光声池、植物样品气体采集系统、计算机控制和数据处理系统组成的高灵敏度光声光谱仪 ,可对多种与植物气体交换有关的微量气体进行连续自动测量 ,其中对C2 H4 气体的检测灵敏度达到 2× 10 - 11。利用该系统对O3 熏蒸后油桃果实的C2 H4产量的变化进行了监测 ,测量结果显示了该光谱仪用于生物样品检测的优越特性。

基于波导CO_2激光器的光声光谱仪

基于波导CO2 激光器的光声光谱仪采用了激光谐振腔内置光声池结构、低噪声纵向共振光声池和计算机控制的多谱线多种气体成分测量分析系统。文中详细给出了波导CO2 激光器和光声池的设计参数 ,介绍了多种气体成分同时测量的原理和计算机控制测量软件的设计思想。实验中对有Brewster窗片和无窗片光声池的噪声特性和检测灵敏度极限作了分析比较。实验结果表明 ,该光谱仪对C2 H2 和O3的极限检测灵敏度分别达到 10 -11和 10 -9量级 ,能够对多种与大气污染和生物气体交换有关的微量气体进行高灵敏度、实时、连续、自动地监测。

低温流动式可调谐连续波泛频CO激光器的研究

在近红外光谱区，可调谐的ＣＯ激光器是激光光谱分析中不可缺少的光源．ＣＯ激光器的光谱覆盖范围在光谱分析中直接影响可分析物质的种类和灵敏度．基频（Δｖ＝１跃迁）ＣＯ激光器的光谱范围已经实现从ｖ＝１→０到ｖ＝３７→３６振动－转动带跃迁，即波长范围为４．８～...

用激光光声检测技术研究乙醛对苹果乙烯产量的影响

激光光声检测技术具有极高的检测灵敏度，并能够无侵入地、连续地监测微量气体浓度随时间的变化．用基于ＣＯ２激光器的腔内光声光谱仪研究乙醛气体对苹果乙烯产量的影响，证实了乙醛蒸气对苹果组织乙烯生物合成的阻碍作用．实验发现，苹果果皮及果肉组织对乙醛有很高的扩散阻力．乙醛处理完整苹果没有明显的效果，但处理去皮的苹果切片时对乙烯合成有明显的阻止作用．研究结果对苹果贮前的短时间无氧处理方法提供了实验依据．

双能级跃迁CO激光器腔内光声光谱测量

将纵向共振光声池放入双能级跃迁ＣＯ激光器光学谐振腔内，构成了一个高灵敏度的光声探测器．使用该探测器对低浓度的Ｎ＿２Ｏ和ＣＨ＿４气体作了光声测量，由于气体吸收线与ＣＯ激光器谱线具有很好的重合性，以及较强的腔内激光功率，该系统对Ｎ＿２Ｏ和ＣＨ＿４气体的最低检测浓度分别达到３７×１０￣（－１１）和３７×１０￣（－１２）．

光纤液位探测器及其在密闭装车系统中的应用

光纤液位探测器及其在密闭装车系统中的应用于清旭付云升（大连理工大学应用物理研究所１１６０２４）光纤液位探测器是一种基于光纤弯曲损耗随包围纤芯介质不同而改变的光强调制功能型光纤传感器。它除了具有光纤传感器的共同优点外，较之常规液位开关和信号器有探测精度...

长周期光纤光栅温度特性的理论与实验研究

利用模式耦合理论,对长周期光纤光栅透射谱谐振波长的温度特性进行了理论分析和数值模拟.结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层热光系数匹配的光纤,从而制作出谐振波长对温度变化敏感或者不敏感的长周期光纤光栅;采用高频CO2激光脉冲三束对称写入法制作长周期光纤光栅,并进行温度特性测试,结果表明,谐振波长具有线性响应的温度特性,灵敏度约为0.088nm/℃,而峰值损耗对温度不敏感,起伏不超过0.5dB.

变压器油顶空脱气法

油气分离是变压器油中溶解气分析技术的一个关键环节.针对顶空脱气法进行深入研究,建立顶空脱气法的脱气模型;设计并搭建基于光声光谱气体检测方法和搅拌式顶空脱气装置的实验平台,测试相同脱气条件、不同采样量下的脱气曲线;研究顶空脱气法的脱气效率.结果表明,适当减小脱气瓶的体积,并且在气密性满足要求的情况下,适当减小顶空气室与油样体积的比,可以优化装置的脱气效率.

基于扫描光纤激光器的光纤传感解调仪研究

介绍了一种基于扫描光纤激光器的光纤传感解调系统.采用氰化氢(HCN)气体吸收池作为波长参考基准,采用三次多项式拟合的方法来确定光纤F-P可调谐滤波器的波长与驱动电压的对应关系,可调谐滤波器扫描过程中对扫描电压、多路光谱信号进行同步采样,实时标定.实验结果表明,该解调系统在1510nm到1590nm波长范围内对FBG反射峰值波长的分辨率为1.4pm,长期波长重复性达到3.2pm.利用该系统实现了对FBG反射峰值波长和光纤EFPI传感器腔长的高准确度解调.

光信息科学与技术专业实验室的建设

本文介绍了新成立的光信息科学与技术实验室依托光学工程博士点学科的技术和人才优势,将最新的科研思想巧妙地融入到实验室建设及实验教学中,不仅加深了学生对该专业的了解,还调动学生学习的积极性并提高了动手能力,为培养高素质的科研与专业技术人才创造了良好的环境,同时使高校的科研条件与人才资源得到有效的利用.该实验室的创建模式为实验教学改革提供了一种新思路.

基于可调谐光纤激光器的C_2H_2气体光声光谱检测

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了低浓度乙炔气体的流动式检测。实验结果证明,当气体浓度较低时,二次谐波振幅与气体浓度成正比,其线性响应相关度达到0.99953。在常温常压和3.5mW平均光功率以及100ms锁相积分时间条件下,乙炔气体的极限检测灵敏度达到了0.3ppm(1ppm=1μg·mL-1)(SNR=1时),系统用可调谐掺Er光纤激光器代替半导体激光器作光源,降低了成本,为发展低成本、实用、便携式微量气体光谱检测仪器奠定了基础。若采用多光程光声池,或者采用EDFA提高激光功率,可大幅度提高信噪比,将极限检测灵敏度提高至ppb(1ppb=1ng·mL-1)量级。

用于高温油井测量的光纤温度和压力传感器系统

针对高温油井测量环境对基于光纤非本征法-珀干涉仪(EFPI)的温度和压力传感器性能的要求,采用了微型光谱仪测量干涉光谱和相关计算的波长解调方法,使EFPI腔长绝对分辨率达到0.25nm,相应传感器的温度和压力相对测量分辨率达到0.02%;利用双LED光源交替工作,实现温度和压力同时测量;对EFPI传感器结构进行了优化设计,降低了传感器的温度-压力交叉敏感性,在0～20MPa的压力变化范围内,对温度测量的影响小于0.2%,在20～300℃温度变化范围内,对压力测量的影响小于1%,满足高温采油井井下测量的要求.

一氧化碳激光器

综述了ＣＯ激光器的理论与器件的发展过程，着重对放电激励小功率宽频带ＣＯ激光器和大功率工业ＣＯ激光器近年来国际上的研究动向作了介绍和分析，例举了许多发达国家应用ＣＯ激光器进行工业加工和开辟新应用领域方面的研究工作．认为ＣＯ激光器不仅理论上具有极高的量子转换效率，而且实际上已实现了高物理转换效率和技术转换效率；它将成为下一代的工业用大功率气体激光器的主选激光器之一．

千瓦级CO激光器的实验研究

大功率ＣＯ激光器是在发展中的新一代激光器，是近红外（５μｍ）波段的重要光源．采用三轴正交和Ｎ型折叠腔结构，研制出千瓦级ＣＯ激光器；最大激光输出功率１０９０Ｗ，电光转换效率１７％．报道了该激光器的实验装置和对激光器的各种气电参数的实验研究．

基于红外热辐射光源的光声气体分析仪

研制了一种基于红外热辐射光源的光声气体分析仪，给出了该光声气体分析仪的设计理论、硬件结构、软件系统和实验测试结果。根据红外热辐射光源的光谱特性，通过比较吸收气体在不同吸收带中多线的综合吸收系数，确定了光声池的最优设计参数、滤光片的中心波长和带宽。实验结果表明，该光声气体分析仪对CO，NO和H2S的极限检测灵敏度分别达到1．6×10^-4，4．5×10^-6和4．0×10^-4（被测气体与背景气体的分压比），并且对0-987×10^-6的CO测量显示了其良好的测量重复精度和线性度。此外，通过增加特定中心波长的滤光片还能够对其他多种小分子气体实现高灵敏度、实时、连续、自动地测量。

千瓦级CO激光器电激励系统及放电特性研究

讨论了国内第一台千瓦级低温低阶模横向放电循环流动式ＣＯ激光器的电激励系统的设计，并对一些主要的放电特性进行了系统研究；研究了增益系数及其空间分布，研究了放电Ｅ／Ｎ值与激发速率常数之间的关系．给出了激光输出功率与时间的关系．在电激励系统的设计方面，采用了不同于国外的设计方案并进行了比较．采用了管板式电极及独立的强电场预电离系统．实验表明，这种设计具有工艺成熟、可靠性高等特点，为千瓦级激光器的研制成功创造了条件．

SLED光源的恒温恒流控制系统研究

采用以单片机为核心的控制电路和PID控制算法 ,对SLED的温度和驱动电流进行高精度的控制 ,使工作温度可在 0℃～ 30℃设定范围内稳定到± 0 .0 1℃以内 ,驱动电流在 2 0mA～ 2 0 0mA设定范围内可稳定在± 0 .0 2mA以内 。

长周期光纤光栅高温传感特性

为使温度传感应用范围更广、价值更大，分析了影响长周期光纤光栅温度特性的各种因素，用三束高频聚焦CO2激光脉冲对称写入法制备长周期光纤光栅，并对温度特性进行了实验研究.结果表明，在23-700℃变化范围内，谐振波长温度灵敏度随温度升高而增强，高温处温度灵敏度比低温处增强了约72%，而平均温度灵敏度约为0.11 nm/℃；峰值损耗对温度变化不敏感，在23-450℃范围内起伏不超过1.5 dB，具有良好的高温稳定性和可重复性.基于这一良好的温度特性，此种长周期光纤光栅可以制成温度传感器，在高温传感领域有着较大的应用价值.

长周期光纤光栅应变特性的理论与实验研究

对长周期光纤光栅传输谱谐振波长的应变特性用耦合模理论进行研究,推导出谐振波长应变灵敏度的解析表达式。详细分析了影响谐振波长应变灵敏度的各种因素,并进行数值模拟,结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层弹光系数匹配的特种光纤,从而制作出谐振波长对应变敏感或者不敏感的长周期光纤光栅。用高频CO2激光脉冲(20 kHz)结合三束对称写入技术在普通通信单模光纤中制作出长周期光纤光栅,并进行应变特性测试,测试结果表明,谐振波长和峰值损耗均具有线性响应的应变特性,灵敏度分别约为-0.66 nm/mε和0.69 dB/mε。基于传输谱线性响应的应变特性,长周期光纤光栅可用来制作光纤光栅应变传感器,由于峰值损耗对温度不敏感,因此在高温应变传感领域能发挥重要的应用价值。