基于电流自适应补偿的高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统

针对半导体激光器在实际应用中波长、功率稳定性较差以及控制系统复杂等问题,设计了一套高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统。该系统利用模糊比例-积分-微分控制算法稳定功率,并通过两次正交试验优化算法参数,减小功率超调量,同时提出电流自适应补偿的波长校准算法,提升不同功率下的波长稳定性,解决电流内环反馈时引起的波长和功率交叉影响问题。结果表明,仿真优化后的激光器功率超调量从1.528%降低至0.014%,系统调整次数由21减小至17;测试调制光栅Y分支型激光器60 min内的功率漂移量仅为0.0044 mW,稳定度达到0.0604%,波长漂移量为1.9 pm,稳定度达到1.22×10^(−6)。经校准,激光器的半导体光放大器电流在28~78 mA范围内,波长变化量从23.4 pm减小至2.6 pm。

镀含弱吸收膜两层膜系长周期光纤光栅谐振特性及其优化

采用严格的耦合模理论,建立了两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复特征方程进行求解,结果和D.V.Ignacio的结论相符.求得的谐振波长表明其随膜层厚度和膜层折射率变化明显,受消光系数影响很小.重点提出了两种途径来优化膜层参量组合,以获得较大的谐振波长偏移量,计算结果显示,参量组合取值为(h3=122.76nm,h4=400nm)和(n3=1.5722,h4=400nm)时,谐振波长偏移量分别为10.35nm和11.74nm,远高于只镀一层敏感膜LPFG的偏移量2.78nm,从而证明敏感膜层厚度(h4)较大的参量组合可提高传感器的灵敏度.

表面等离子共振效应中传统近似理论与薄膜光学理论

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性,采用更为严密的薄膜光学理论,通过薄膜膜系的特征矩阵,得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明,表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别;采用等高线图,给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明,薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好,证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后,采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计,结果表明,两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大,必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量,来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.

基于遗传算法对氨气检测中温度补偿的研究

氨气是大气中常见的污染气体之一,其浓度检测结果易受到环境温度的影响,为准确检测氨气浓度,必须对温度的影响进行修正。该文将遗传算法与差分吸收光谱技术相结合,对氨气检测过程中温度的影响进行研究。基于紫外差分吸收光谱技术,搭建了296 K~328 K温度下的氨气检测系统,采用遗传算法对氨气检测结果进行温度补偿。结果表明,通过实验获得的温度补偿模型可有效消除温度对氨气检测的非线性影响,从而提高检测精度。在328 K温度下,44×10−6氨气检测结果的误差降低了26.97%,随着温度变化,线性相关系数均在0.99816以上;6×10−6氨气在温度补偿前后系统的检测限分别为0.198×10−6和0.278×10−6。

锥形光波导耦合特性研究

基于耦合模理论,数值仿真了两种耦合结构(FW和WF)下的耦合损耗随锥形光波导芯层尺寸的变换规律;进一步分析了两种耦合结构下锥形光波导端面粗糙度对其模式耦合损耗特性的影响,表明不同模式其端面散射损耗不同;实验结果表明,锥形光波导的输入端芯层尺寸、输出端芯层尺寸及光波导长度,对FW结构下的耦合损耗影响较小,对WF结构下的耦合损耗影响较大。

基于室内环境多参量传感的监测系统设计与实现

为解决传统监测系统稳定性差、测量精度低以及无配套应用软件等问题,设计并实现了一种基于室内环境多参量传感的监测系统。利用光纤光栅传感器对温度和湿度参量进行采集,使用解调器解调温度与湿度的波长信息,通过工控板结合解析算法将波长信息转换为有效波长数据,从而提高温度和湿度的测量精度。温度和湿度的测量精度分别为±0.1℃和±3.82%RH。利用光电型传感器对门磁、烟感和水浸参量进行采集,使用数据处理模块封装数据,并通过无线串口服务器将多参数据传输至服务器中。同时基于Eclipse开发工具利用Java语言实现软件平台,致力于解决传统监测系统无配套应用软件的问题。该系统能够远程监控室内环境状态,稳定性强,适用于各种室内环境监测的场所。

基于MT光纤适配器的光垂直耦合器件制备技术研究

针对光波导互连背板中的光纤-光波导垂直(90°转向)耦合技术,提出了一种基于MT光纤适配连接器的光垂直耦合器件制备方法。详细阐述了紫外光固化胶在光纤适配连接器上的涂膜方法,通过准分子激光器的阶梯刻蚀法对固化胶薄膜顶部端面进行45°微反射镜制备;分析了所制备样品参数如斜面粗糙度、斜面几何尺寸以及耦合元件垂直耦合性能。

调制光栅Y分支型激光器高效调谐特性研究

针对调制光栅Y分支型(MG-Y)激光器在实际应用中波长-电流查找表(LUT)构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题,对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性,设计出一种具有普适性的波长测试框架,能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法,提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明:基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合;激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm,波长调谐步长为5 pm;边模抑制比(SMSR)大于40 dB;波长准确度优于±2.9 pm;波长重复性优于1.9 pm;波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW,稳定度为3.57%;解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器的腔长变化量小于7.58 nm,可以应用于光纤传感等实际场景。

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题,设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件,对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计,并根据物镜和目镜的初始像差分布情况,利用优化函数,结合各种操作数,对系统的像差进一步优化。优化结果表明,物镜各视场的光学调制传递函数(MTF)值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85,目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3,具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点,设计并制备出系统连接的耦合器件,并搭建了一套传像系统,进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析,采用Gamma算法提高像面亮度,获得了高质量的传输图像。

基于膜片式光纤法布里-珀罗传感器的超声波检测

为了研究光纤传感器在超声波检测方面的应用,提出了一种膜片式光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的结构和制备方法。首先探究了声场中放置距离和角度对膜片式光纤F-P超声传感器的声振动敏感膜片形变量的影响,仿真得到光纤F-P传感器的传感效果随距离、角度的增加而下降,然后提出了一种基于熔接、切割、抛磨方式制备的膜片式光纤F-P超声传感器,最后对该传感器的传感性能进行了实验验证。实验结果显示,提出的传感器的频率探测范围为20~80 kHz,信噪比不小于25 dB。此传感器的制备使用全焊接方式,与传统的胶连接方式相比,结构更稳定,使用寿命更长,因此在电网局部放电检测等场景中具有广泛的应用前景。

激光阶梯刻蚀法制备45°微反射镜及垂直耦合研究

提出了一种基于准分子激光制备45°微反射镜的新方法──激光阶梯刻蚀法,介绍了该方法的工艺流程。通过优化参数制备了微反射镜样品,详细分析了样品参数对微镜反射性能的影响。利用微反射镜样品进行垂直耦合实验,深入讨论了影响系统损耗的主要因素。实验结果表明,微反射镜样品造成的损耗约为3.5dB。该制备方法有望在大尺寸光波导互连背板耦合器件的研制中得到广泛应用。

光背板互连技术研究进展

光背板互连技术是近年来通信领域的研究热点,以高传输带宽、低损耗、低成本、无电磁干扰等优势具有广阔的应用前景。本文介绍互连光波导的结构模型及光背板的制备方法,综述近年来光背板相关的传输特性、耦合方式、应用系统研究等关键技术的重要进展,展望了对光背板互连技术的发展方向。

金属镀层两层膜系长周期光纤光栅谐振特性研究

采用严格的耦合模理论,建立了镀金属膜和敏感膜的两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复数超越特征方程进行求解,结果和文献[5]给出的数据相符。理论模拟数据表明,金属的消光系数对功率密度和透射谱影响很大,低阶偶次模式在纤芯内的功率密度所占比重远大于奇次模式,其衰减峰幅度也比奇次模高,因此,金属镀层长周期光纤光栅实际应用时,需要选择偶次模作为研究对象。进一步理论分析了金属和敏感膜层参数对长周期光纤光栅谐振特性的影响,研究发现,金属膜厚、敏感膜厚和折射率对谐振波长有较大的影响,谐振波长随金属膜厚、敏感膜厚和折射率的增大向短波方向漂移。在某些区域谐振波长存在跳变现象,长周期光纤光栅实际应用时应避开此区域。

材料色散对LPFG双峰谐振效应特性的影响

采用严格的耦合理论,研究了长周期光纤光栅各层材料色散对双峰谐振效应的影响,指出芯层和包层材料色散必须同时考虑才能切实地符合实际情况.分析了材料色散对不同膜层参数下双峰谐振LPFG透射特性的影响,模拟计算了材料色散计及与否时的双峰谐振波长,两种情形下两峰偏差值分别约在1.5—2nm和6.5—7.5nm浮动.最后,讨论了材料色散对双峰LPFG传感器灵敏度的影响.结果表明,此类传感器对膜层折射率的分辩率高达10-8,计及材料色散后的等高线图可为传感器灵敏度设计提供精确的参数选择组合.

光波导端面的准分子激光刻蚀技术研究

面向光印刷互连背板的应用需求,提出基于准分子激光消融原理对光波导的刻蚀技术进行研究,在背板上任意位置获得光波导端面实现光耦合。采用193 nm波长的准分子激光作为光源,通过方形掩模孔径投影在互连背板光波导上,研究了激光能量、激光脉冲次数与刻蚀深度、端面粗糙度等参量之间关系,通过刻蚀参数的优化,刻蚀后端面光耦合损耗增加量约1.3 d B。

基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器温度特性研究

对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上,基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响,结果表明,温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩,从而增强其磁致折变效应。实验上,基于磁致折变效应,以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂,研制了磁场传感器,结果表明,干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移,传感器的磁场灵敏度随之增加,16.7℃和43.5℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63pm/mT和25.53pm/mT,温度变化会影响磁场的测量精度。

基于光纤束的物镜设计与监控系统实现

为保证电气电子设备在辐射抗扰度试验中状态传输的稳定性,设计并实现了适用于试验环境的光纤束监控系统。系统主要由物镜、光纤束、转接镜和电荷耦合器件等组件构成。通过Zemax光学仿真软件,结合光纤束参数设计并优化了监控系统的物镜。设计结果表明:物镜在空间频率36 lp/mm处,各视场光学调制传递函数值大于0.8,像面大小与光纤束尺寸匹配,满足像方远心光路要求。对加工的物镜进行性能测试,表明其技术指标与理论设计比较相符。采用搭建的光纤束监控系统进行成像试验,并运用高斯滤波算法进行去像素化处理,提高了监控系统的视频传输质量,辐射抗扰度试验表明此系统具有良好的抗电磁干扰能力。

表面镀层长周期光纤光栅双峰谐振及其透射谱研究

采用严格的耦合模理论,通过求解表面镀层长周期光纤光栅的特征方程,给出了双峰谐振波长的确定方法,以及它与光栅周期和模式序数之间的关系。结果表明,对应于较高次的包层模式,存在双峰谐振现象,且包层模式序数越高,与芯模产生谐振耦合所需的光栅周期越小。进一步讨论了双峰谐振波长的间距随薄膜参量与光栅参量变化的关系,描绘了这些参量对透射谱衰减谐振峰的影响,理论分析结果与X.W.Shu的无镀层长周期光纤光栅实验结果一致。这些研究为建立高灵敏的双峰谐振薄膜传感器提供了结构优化的理论支持。

基于BGO晶体的磁光式冲击电流传感器及其信号处理

本文提出了一种基于偏振检测原理,采用Bi4Ge3O12(BGO)晶体的磁光式冲击电流传感器,可以测量幅值范围10 kA到90 kA的8/20μs冲击电流。由于冲击电流的持续时间极短,光源功率漂移对测量的干扰可以忽略,偏振检测结构可以保证测量结果的正确性。由于BGO晶体具有维尔德常数大的突出优点,传感器可以获得较高的测量灵敏度。利用小波分解法,并以信噪比(SNR)和平滑度(SR)作为去噪结果的评价标准,确定了合适的小波函数(Daubechies Db7)和分解层数(5层),有效地去除了测量结果中的干扰噪声。此电流传感器的灵敏度达到0.262 2°/kA,具有较好的线性度,且冲击电流幅值的测量误差控制在±5%以内。本文所提出的电流传感器具有结构简单、性能可靠的优点,适用于雷电流测试、核物理实验和高功率脉冲激光研究等恶劣环境下的冲击电流测量。

镀膜光纤光栅应用与发展

镀膜光纤光栅(CFG)是近年来光通信、光传感应用领域的研究热点,以其优异的光学特性和调节灵活的设计而使其具有诱人的应用前景。对镀膜光纤光栅的结构和理论特性作一简要的介绍,给出镀介质膜和金属膜的光纤光栅计算模型,重点阐述镀膜光纤光栅在传感和通信领域中的应用,对镀膜光纤光栅的发展方向作进一步展望。