宽谱光源谐振式光纤陀螺谐振特性分析

为优化宽谱光源谐振式光纤陀螺(RFOG)谐振腔设计,进行了RFOG谐振特性分析。首先,根据光场传输理论完成了宽谱RFOG光场传输特性分析,建立了宽谱RFOG谐振频差曲线模型,给出了谐振特性参数表达式。理论证明了宽谱RFOG的陀螺精细度和半高全宽约为谐振腔光谱曲线的1/2和2倍。其次,基于宽谱RFOG光场理论模型,分析了耦合器交叉耦合系数、附加损耗和谐振腔腔长等谐振腔关键光学参数对陀螺精细度和极限灵敏度的影响。最后,实验验证了谐振特性理论分析的正确性,并通过优化谐振腔参数实现陀螺零偏不稳定性0.059°/h,对谐振式光纤陀螺工程设计具有理论指导意义。

基于宽带光源的光声传感器用于氨气探测

对来自不同排放源的氨气进行高灵敏度探测,可以为环境治理和医疗诊断等方面提供一定的参考依据。然而,目前的氨气传感器存在在近红外波段吸收线强较弱、在中红外波段光源成本高且普遍体积大等缺点。本工作开发了一款基于宽带光源的光声传感器,选择的工作波长在2239 nm附近,此处的氨气线强量级较大为10-20cm/molecule,可以有效避免CO_(2)和H_(2)O的干扰。研究结果表明:该光声池的共振频率为1830 Hz;在室温、一个大气压和光功率为2.46 m W的实验条件下,对不同浓度的氨气测量信号进行线性拟合,线性度可达0.98976,系统具有良好的线性响应特性;Allan方差分析表明该系统稳定的最优积分时间为100 s。该传感器能满足对来自不同排放源氨气的探测要求,对实现氨气的高灵敏度探测具有重要的参考价值。

宽谱光源驱动的高精度谐振式光纤陀螺

针对高精度惯性导航系统对高精度小型化光纤陀螺的发展需求,开展了宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺(RFOG)技术研究。首先介绍了宽谱谐振式光纤陀螺的工作原理,对比分析了该种陀螺在角度随机游走上相对于发展较为成熟的干涉式光纤陀螺的优势;讨论了受散粒噪声制约的理论角度随机游走的影响因素,并结合光纤耦合器的损耗系数和谐振腔内的光纤传输损耗,对耦合器的耦合系数进行了优化设计,获得了宽谱RFOG系统的最佳角度随机游走理论值;利用优化后的耦合系数,设计并研制了总长为1020 m、内径为15 cm的透射式光纤环形谐振腔,并完成了宽谱RFOG系统的研制和测试。测试结果表明,陀螺角度随机游走为2.1×10^(-4)(°)/h^(1/2),零偏不稳定性为4.6×10^(-4)(°)/h,达到了战略级陀螺的精度范围。

基于不同宽带非相干光源的甲烷浓度测量研究

目的:研究非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术中所应用的不同类型宽带光源的性能差异对系统输出信号的影响。方法:搭建了直径2.54 cm,长30 cm的气池,通入体积分数为99.99%的甲烷气体,分别采用非相干宽带卤素光源和超连续谱光源入射气池,通过光纤准直器耦合出射光进入近红外多模光纤,光纤接入近红外光谱仪测量吸收光谱。结果:两种光源的光学密度谱线对比显示超连续谱光源的光学噪声远大于卤素光源,其主要原因为超连续谱光源内部温度控制欠稳定导致输出功率在频域上出现较大波动造成的基线偏移。结论:相较于卤素光源,超连续谱光源具有光功率高,空间相干性好等诸多优点,但由于温度控制原因所导致的光功率输出不够稳定,导致该光源在IBBCEAS系统中的应用受到一定限制。

宽带光源光谱不对称性对光纤陀螺性能的影响

光谱不对称性是宽带光源的非理想特性之一,这种特性对标度因数的影响在中高精度光纤陀螺中会逐渐显现出来。为了分析光谱不对称性及其对光纤陀螺的影响,结合光纤陀螺所用宽带光源的典型光谱参数,对宽带光源的光谱不对称性进行了理论计算,分析了传统量化光谱不对称性方法存在的问题和局限性,并在此基础上提出了一种更加准确合理的光谱不对称性的量化指标。研究表明,光谱不对称性会产生相对相位误差,并在调制通道中产生视在增益误差,导致陀螺第二反馈回路"错误"调整调制通道的增益,引起光纤陀螺标度因数的非线性误差。对于类矩形光谱当不对称度小于10^(-2)时,视在增益误差引起的标度因数非线性误差会达到25′10^(-6)。因此在进行光源设计时需要将光谱不对称性作为一个定量考虑的指标。

一种高功率掺铒光纤超荧光光源

通过优化掺铒光纤各种参量,用一个980nm激光二极管作抽运源,采用单程结构,在一根光纤后向获得功率高达31.74mW(15.02dBm)的C波段ASE输出的同时,其前向得到了功率为10.14mW(10.06dBm)的L波段ASE输出.通过简单连接组合可得到输出覆盖C+L波段(1525～1620nm)功率>36mW的掺铒光纤宽带光源.

SF_6局部放电分解产生SOF_2特征组分的光声光谱检测

为了预防SF6气体绝缘设备早期绝缘缺陷,可通过检测SF6局部放电过程中产生的特征组分氟化亚硫酰(SOF2)体积分数大小和变化规律进行判断。针对SOF2传统检测法存在的不足,引入具有检测灵敏度高、不消耗被测气体、特别适用于在线监测等优点的光声光谱检测技术。利用宽频红外光源构建了一台用于检测SOF2的光声检测实验装置。并分析了其特性参数,获得了光声信号强度与SOF2体积分数之间的关系,得到了SOF2的最低检测限为4.6×10-6。与气象色谱仪的对比检测表明:光声检测法与气相色谱法的平均检测误差为5.9%。结果说明,所提光声检测装置能有效检测SOF2,并为最终研制SOF2光声光谱在线监测系统提供关键技术支撑。

掺铒光纤ASE宽带光源的实验研究

掺铒光纤ASE源是一种优良的宽带光源,受到人们广泛关注。实验研究了掺铒光纤ASE宽带光源单、双程结构后向ASE输出光谱特性,当泵浦光中心波长为1480 nm时,分别考察了掺铒光纤长度、泵浦光功率对后向ASE输出平坦区间宽度和平坦度的影响。通过对两种结构下后向ASE输出光谱的分析比较发现,双程结构在L波段长波长处,尤其是1570～1620 nm波长范围,功率显著提升,从而使得ASE光谱的平坦区间宽度增大,平坦度提高。所得实验结果将为掺铒光纤ASE宽带光源的研制提供依据。

新颖的双通道输出高功率掺铒光纤宽带光源

在分析L波段放大自发辐射(ASE)谱产生原理的基础上,设计出一种新颖的双级结构掺铒光纤ASE宽带光源,该光源可在两个端口分别输出高功率的C波段和L波段的ASE谱.设计将C波段ASE谱注入到掺铒光纤中作为L波段ASE谱的二次抽运源,使得L波段ASE谱功率得到了有效提高.优化光源结构参量后从两个端口分别获得了12.97 dBm和12.81 dBm的C波段和L波段ASE宽带谱.将两个输出端口组合得到了功率为15.9 dBm,泵浦转换效率达到21.6%的C+L波段超宽带ASE光源.

煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统设计

针对现有煤矿巷道顶板离层监测主要采用机械式顶板离层仪,存在观测不方便、误差比较大、数据实时性差等问题,设计了煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统。该系统通过光纤位移传感器自动测量巷道顶板离层的位移状况,采用计算机监测巷道顶板离层结构的应变、位移等参数,评价离层结构的安全性,进而维护结构的健康。实际应用表明,该系统具有实时观测、误差小、效率高等优点。

基于光谱吸收原则的低成本硫化氢传感器研究

H_2S浓度检测的发展趋势是实时检测,基于光谱吸收原则是其中一个发展方向。用宽带光源替代以往使用的成本较高的窄带光源,降低整个系统的成本,可以提高检测系统的实用性。宽带光源经过Bragg光纤光栅滤波后可以得到窄带光。此方法得到的光波必然会有噪声和波动,然后对其进行滤波,消除一部分系统的噪声和波动,再通过光线分束器分别通入检测光路和参考光路后做差。此差分信号不仅消除了一部分系统噪声和波动,还消除了基波分量,增大了信噪比。用数学分析的方法推导出二次谐波信号,利用SIMILINK仿真观察此信号,不同浓度的H_2S气体会有不同的输出信号,也就得到了气体的浓度。双光路差分法、谐波检测技术和窄带滤波技术综合起来的优势是降低了成本,增加了信噪比,提高了系统的检测能力。实验仿真结果表明,在LED宽带光源基础上采用提取谐波信号的双光路差分方法检测H_2S气体浓度正确可行,此方法降低了系统成本,为大范围实际应用提供了可能性。

双程后向结构掺铒光纤超荧光光源研究

通过编制 1套图形界面的模拟分析软件 ,对双程后向结构掺铒光纤超荧光光源有关输出功率、带宽和平均波长特性进行了理论模拟。结果表明 ,通过选取适当的掺铒光纤长度 ,总能实现光源的平均波长不依赖于泵浦功率的高稳定性。

光纤光栅传感器用的高功率宽带光源

运用单程后向结构,通过优化掺Er光纤结构,从实验上实现了一种功率达29.4mW,平均波长为1544.336nm的高功率宽带掺Er超荧光光源,3dB带宽为31.2nm,在C波段1525～1565nm之间可实现功率高于27.8mW,在1532.1～1560.6nm之间的平坦度可达±0.5dB(不加任何滤波器的条件下),可以较好地满足光纤Bragg光栅在传感领域的研究和实用化的应用要求,作为单独的光源也适用于光纤陀螺等场合。

高功率宽带掺铒超荧光光源

采用单程后向结构,通过优化掺铒光纤的长度及抽运功率等参量,并尽量提高熔接效率,实现了一种功率达28.58mW(14.56dBm)的高功率宽带光源,在1525-1565nm之间功率高达27.34mW(14.37dBm)。在未加任何滤波器的情况下,其3dB带宽为31.2nm。对一根光纤中前向与后向光光谱特点进行分析比较。结果表明,用一段光纤和一只二极管可实现C+L波段的宽带高功率光源,结构紧凑,成本低。

新颖的高功率L-波段掺铒光纤超荧光光源

研究了L-波段超荧光在光纤中的产生机理,设计了一种带光纤圈反射器的双级双程前向输出L-波段光源结构,通过对两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化其长度及两级泵浦光功率,实验中获得了功率高达19.86mW(12.98dBm)、中心波长为1577.421nm的L-波段(1555-1620nm)超荧光光源。实现了低浓度掺铒光纤起诱导光及改善光谱的作用,高浓度光纤为主要发光源,采用光纤圈反射器提高了泵浦光的利用效率、光源的平坦度及稳定性。同时分析了结构中各个参量对光源各方面性能的影响,对光源的设计具有指导意义。

红外吸收光谱型城市路网尾气浓度检测传感器

为了能够集中测量城市路网中CO、NO、NO2和SO2的浓度,利用红外吸收光谱原理和谐波调制技术设计了四向气体浓度检测传感器。将宽带光谱LED作为共用光源,穿过四个方向上特定波长的窄带滤光片后,产生与被测气体吸收光谱一致的光束,再穿过改进的Herriott型长光程吸收气室,并在红外探测器上感应出电信号,最后利用设计的正交锁相放大电路测量出二次谐波系数大小,从而计算出被测气体的浓度。实验结果表明:设计的传感器输出的电压与被气体浓度呈正比例线性关系,平均线性度达到了0.997 85,测量误差均小于2%,可为播报环境质量和制定机动车尾气排放标准提供数据支持。

高功率掺镱光纤超荧光源的研究进展

高功率掺镱光纤超荧光源是一种兼具荧光及激光特性的高亮度光纤光源,近年来发展十分迅速.其输出波长和光谱线宽可以在1μm波段灵活调制,连续输出的平均功率和脉冲输出的峰值功率均可达到kW量级,光束质量不逊于常规高功率激光器,在激光材料加工、高功率光谱合束等领域有着巨大的应用潜力.主要综述了高功率掺镱光纤超荧光源的发展历史、最新研究进展,最后介绍了本课题组在高功率掺镱光纤超荧光源所做的研究工作.

1.7μm波段全光纤掺铥宽带光源实验研究

设计并实验实现了一种结构简单的1.7μm波段全光纤宽带光源。采用传统的线型腔结构,利用1565nm高功率半导体激光器泵浦一段单模掺铥光纤,获得了中心波长为1833nm的自发辐射光谱。由于色散补偿光纤在大于1.7μm波段有较大损耗,在腔内接入该光纤使自发辐射光谱的中心波长移动到1.7μm波段。其中,泵浦源由1565nm半导体激光器和最高输出功率33d Bm的铒镱共掺放大器组成。通过优化色散补偿光纤和掺铥光纤的长度,获得了宽带光源,其中心波长在1744nm,5d B谱宽87nm。为1.7μm光纤光源设计及研制提供参考。

一种简单实用的调节RFA增益平坦的方法

提出了一种用ASE宽带光源调节拉曼光纤放大器(RFA)增益平坦的简单方法.将该ASE宽带光源调节RFA增益平坦所得泵浦配置方案用于DWDM信号的放大,得到DWDM信号增益谱与相应波长处ASE信号的增益谱相近,且增益波动小于1dB.所用的方法结构简单,调节方便,可有效地调节利用RFA的DWDM系统增益平坦度,而不需要调节复杂、成本昂贵的DWDM信号源.

高效率两级结构掺铒光纤超荧光宽带光源研究

采用两级掺铒光纤结构研制高效率和带宽拓展掺铒光纤超荧光光源,在模拟得到优化的结构参数后,对其进行实验研究,得到了输出功率达28.6 mW,泵浦转换效率为26%,输出带宽近80 nm的高功率宽带光源.