供电461 W激光无线传能系统研制

为了满足特定场景下激光无线传能的大功率应用需求,提升系统接收效率,研制了一套方形均匀光斑照明、高接收占空比的大功率激光无线传能系统。发射端采用两台高功率808 nm半导体激光器,实现1700 W激光输出并耦合进入方芯光纤,利用方芯光纤对激光进行匀化,在其输出端面形成均匀光斑,设计了投影光学系统将方芯光纤出射端面放大并照射在形状匹配的420 mm×420 mm光电池板上;接收端将1020片GaAs光电池分别与聚焦透镜集成封装以提升光敏面占空比。经试验测试,当入射激光功率1700 W时,电子负载端接收电功率461 W,接收端整体光电转换效率27.1%。结果表明:该激光无线传能系统为特定环境下大功率负载无线供电提供了解决方案。

矿物油中糠醛液芯光纤增强拉曼光谱原位检测方法

矿物油中糠醛含量可有效地反映油浸式电力设备的绝缘老化状态,实现油中糠醛含量的准确检测对油浸式电力设备以至于电网的安全可靠运行具有重要意义。相较于传统检测方法,拉曼光谱法是一种非侵入式、无需样本预处理的检测方法,且简单、可靠;但由于其信号强度较弱,难以满足油浸式电力设备油中微量糠醛的准确检测需求。该文开展了基于液芯光纤增强拉曼光谱的油中糠醛原位检测方法研究,研制了可同时实现液芯光纤固定、耦合、进样的适配装置,搭建了用于液芯光纤增强拉曼光谱检测的实验平台,建立了油中糠醛含量与内标后液芯光纤增强拉曼峰强的数学模型,实现了油中糠醛的直接准确检测。研究结果表明,基于液芯光纤增强拉曼光谱的油中糠醛检测具有方法简单、稳定性好、灵敏度高、速度快等特点,为油浸式电力设备油中糠醛的快速准确检测提供了一种新思路。

微结构空芯光纤特性及光纤测试和工程应用

空芯光纤有着不可替代的物理特性,成为科研机构珍贵的基础研究课题,但由于其整体性能和配套应用并不成熟,产业界一直保持观望态度。近些年来,随着空芯光纤损耗指标的不断优化,多个产业应用案例的成功推进,空芯光纤逐渐得到工业界的进一步重视。文章梳理了3类空芯光纤,即空芯布拉格包层光纤、空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤,重点介绍了其光学工作原理和测试手段,也结合通信、激光传能和传感领域的应用情况分析了空芯光纤的优势。文章最后对标通信单模光纤对空芯光纤的未来技术趋势做出了展望。

纤维光锥有效透过率的理论分析

光锥的有效透过率不仅影响光锥与CCD的耦合效率,而且会影响到耦合器件的信噪比 本文主要从理论上讨论了影响光锥有效透过率性能的因素,从纤维光学元件的实际内部结构推导出了其实际有效填充率,从光线在光锥中的传输特征推导出了光线在光锥中传播时产生的衰减损耗。

纤芯错位对高功率光纤激光性能的影响

理论分析了纤芯错位对激光输出功率及光束质量的影响,研究表明,纤芯错位后纤芯中的各个模式均有一定的功率衰耗,且基模总会向高阶模耦合,导致光束质量下降。采用20/400μm的双包层掺镱光纤,搭建了高功率全光纤激光振荡系统,实验研究了谐振腔外纤芯错位、谐振腔内纤芯错位以及谐振腔内和谐振腔外纤芯同时错位几种不同的情况对输出激光性能的影响,结果表明,谐振腔内纤芯错位和谐振腔外纤芯错位都会造成激光器性能的下降,但谐振腔内纤芯错位将导致激光器功率明显下降,而谐振腔内和谐振腔外同时错位会导致激光器光束质量急剧下降。

空芯光子晶体光纤损耗的研究

为了研究反共振纤芯壁对空芯光子晶体光纤限制损耗和散射损耗的影响,利用全矢量有限元法对所设计的具有不同纤芯壁和纤芯半径的空芯光子晶体光纤进行仿真,得到了3种纤芯壁在不同纤芯半径时的有效折射率、限制损耗和芯内功率分数随波长变化的曲线。由数值模拟结果可知,纤芯壁采用T=3的环形反共振层和椭圆反共振层设计时,限制损耗降低了约两个数量级,芯内功率分数在通信波段提高了13%。结果表明,这两种设计可以有效降低空芯光子晶体光纤的限制损耗和散射损耗。

三芯海底电缆中复合光纤与导体温度关系建模

三芯光纤复合海底电缆中光纤以内填充层热阻的准确计算是建立光纤与导体温度关系的关键和难点。本文在建立三芯海缆热路模型的基础上,根据虚拟热源和镜像法,利用光纤温度计算出填充层外径处温度,进而计算出铠装层外径处温度;根据傅氏传热学原理计算出光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻;利用形状因子法计算出填充层内径至铠装层外径的总热阻,再减去光纤处等温面至铠装层外径处等温面的热阻,得到光纤以内填充层的热阻;根据热路模型建立了光纤与导体的温度关系方程,并用有限元求解结果验证了方程的正确性。结果表明,三芯海缆的光纤与导体温度呈线性关系,导体温度每上升1.15℃,光纤温度上升1℃;相同导体温度下,环境温度每上升7.7℃,光纤温度上升1℃。根据光纤温度和环境温度可计算出导体温度,作为三芯海缆导体温度监测和载流量计算的理论依据。

全秆红麻KP制浆用碱量的优化

通过对纤维筛分及蒸煮、漂白各项性能指标的综合分析,探讨了全秆红麻KP制浆用碱量的最优化问题。结果表明,对所研究的原料样品,用碱量18%时中长纤维含量最高、未漂浆及漂白浆的各项强度指标也最优。

变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测

油中特征气体检测与分析是判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障的有效方法之一。拉曼光谱技术具有利用单一波长的激光同时实现混合气体直接检测的独特优势。然而,拉曼信号弱导致气体检出限较高,无法满足变压器故障特征气体检测需求。鉴于此,该文开展变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测研究,对H、CO、CO、CH、CH、CH、CH等气体的检出限分别达到了8、22、5、2、6、3、3μL/L;结合最小二乘法,建立各气体特征拉曼峰峰面积与其浓度间的定量分析模型,并对配置的气体样品进行检测与分析。研究表明,光纤增强拉曼光谱技术具有高选择性、低检出限、高准确性及重复性,为变压器故障特征气体拉曼光谱在线监测与变压器故障诊断奠定了基础。

碳纤维复合导线在电网减灾中的应用

介绍了自然灾害对电力系统安全运行的危害;阐述了碳纤维复合导线的特性和减灾的作用。表明与传统导线相比,碳纤维复合导线除了具有质量轻、耐高温、载流量大、弧垂度低等优良特性外,还具有抗冰雪、抗腐蚀、抗风灾等一系列优良特性,这使得碳纤维复合导线在抵御自然灾害中表现出色,其推广应用将成为必然趋势。

一种实现光纤激光器高功率输出的方法(英文)

介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法——采用螺旋芯光纤,这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中。介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力,以及目前的理论与实验研究现状。基于该光纤,提出了一种光纤激光器相干合成新思想。

半电极压电纤维能量收集动力学建模与仿真

半电极含金属芯压电纤维能将环境振动通过弯曲变形转换成电能。运用分析力学方法建立了半电极含金属芯压电纤维能量收集装置的理论模型,推导了在谐波激励下,经过AC-DC转换后的归一化能量表达形式,分析了能量收集效率受金属芯与压电层的半径比、柔度系数比、压电材料的机电耦合系数及外界激励方向的影响,分析结果表明,当半径比达到2.4,材料机电耦合系数达到0.4,能量收集效率会接近相对最大值。本研究结果适用于压电纤维能量收集装置的分析与优化设计。

七芯光纤光束质量的研究

用COMSOL对七芯光纤的各个模场进行仿真,发现同相位超模的远场呈现准高斯分布,其发散角最小,具有最好的光束质量。并通过分析各个模式的光束质量因子M2和桶中功率PIB两个参数,再次证明同相位模式具有最好的光束质量。

一种新型油田井壁取芯供电电源研究

本文对油田井壁取芯马达电机的供电电源进行了研究,提出了一种基于光纤传输的马达电机供电方式。介绍了系统的实现方案及工作原理,并给出了实验波形。实验结果表明,该系统克服了传统的油田测井电源方案的诸多缺点,具有性能稳定可靠、起动电流小、智能化程度高等优点。

大芯径空气包层微结构光纤实现kW级激光传输

kW级高功率激光柔性传输是激光清洗、激光焊接、激光刻蚀等高功率激光加工领域中必备的环节,而实现高功率激光低损耗传输的光纤是其关键器件。目前高功率激光传输光纤采用大芯径传能光纤,仍然存在着弯曲损耗大、柔性差等问题,并且使用过程中要经常维护。华南师范大学特种光纤研究中心提出一种大芯径空气包层微结构光纤,利用包层的空气孔可以极大降低激光泄露的风险,降低光纤制备过程中对耐高温涂敷层的严苛要求,实验结果证实该光纤在室温无制冷条件下可实现kW级激光传输,从而为10 kW级高功率激光柔性传输奠定基础。

掺染料微结构光纤荧光传感器的理论分析

针对一般光纤荧光传感器收集荧光能力不足的缺陷,设计了一种在微结构聚合物光纤的空气孔内填充掺有机染料高折射率液体的荧光传感器.使用可调节边界条件傅里叶分解法计算了这种微结构光纤的模场分布,分析了光纤结构参量和液体折射率对荧光捕获分数的影响,结果表明,使用小纤芯半径和高于纤芯折射率的液体可以增强激发光的吸收效率,增大荧光捕获分数,提高光纤荧光传感器的灵敏度.

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图。重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙。通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大。最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤。

十九芯光纤光束质量的研究

用COMSOL对十九芯光纤的各个模场进行仿真,发现同相位超模的远场呈现准高斯分布,其发散角最小,具有最好的光束质量。并通过分析各个模式的光束质量因子M2和桶中功率PIB两个参数,再次证明十九芯光纤的同相位模式具有最好的光束质量。

高阶耦合系数三芯光纤耦合器开关数值解

利用分裂步长傅立叶方法研究了基态孤子在耦合系数随频率变化的三纤芯非线性光纤耦合器中的传输和开关特性。研究表明一阶色散耦合系数使光脉冲耦合传输的周期性和陡峭的开关特性遭到破坏;二阶色散耦合系数使光脉冲传输时的耦合长度减短、开关阈值功率增加而且开关特性也变得更加陡峭。

多芯激励下实际多芯光纤芯间串扰特性研究

基于耦合功率理论研究了多芯激励下实际多芯光纤的功率和串扰分布特性。根据简化后的七芯光纤功率耦合方程,推导了3种多芯激励情况下各纤芯的光信号功率和芯间串扰的解析表达式。仿真结果表明,经过长距离传输,各纤芯中的光功率会收敛到一个定值,达到动态平衡状态,并且其收敛距离随着弯曲半径的增大呈指数级减小,逐渐趋于一个定值。此外,为研究多芯激励和单芯激励的关系,推导了多个纤芯同时激励和分别激励下耦合纤芯的功率和串扰的解析表达式。研究表明,多个纤芯激励对耦合纤芯串扰的贡献是不相关的,多芯激励的串扰等同于单芯分别激励下串扰的线性叠加。