气体电弧在不同气体介质中电子数密度的汤逊散射诊断研究

随着“双碳”政策的提出,对于环保型SF6替代气体的探索受到了越来越广泛的关注,各类气体的绝缘特性是我们关注的一个重要参数。但是由于电弧的不稳定性,断路器中电弧放电的电子数密度很难被测量,且电弧电子数密度又是确定断路器开断成功与否的重要参数。汤逊散射作为一种等离子体的光学诊断方法,具有无需基于平衡态假设且精度较高的优点。文中利用汤逊散射的方法成功测量了,在250 A、200 V的条件下通过拉弧形成的电弧,在空气、N_(2)、CO_(2)、SF_(6)四种不同气体中的径向电子数密度的分布。发现在燃弧阶段,4种气体介质中电弧的径向电子数密度分布差别不大,电弧中心的电子数密度在1×10^(23)m^(-3)左右,电弧边界的电子数密度约为6.0×10^(22)m^(-3);整体而言,SF6的径向电子数密度要小于空气的,这与SF6的强电负性有关。

受激喇曼散射对有级联掺铒光纤放大器波分复用系统的影响

本文研究了受激喇曼散射 (SRS)对有级联掺铒光纤放大器 (EDFA)的波分复用系统若干性能的影响。根据通信系统几率的特性 ,建立了SRS对通信系统误码率影响的理论模型 ,分析了它对输入光功率、信道数、信道间隔以及放大器个数和放大器间距的影响及相应限制。研究表明 ,合理采用较少的放大器数和较小的输入光功率 ,有利于保证系统的性能指标 ,降低系统造价 ,提高系统性价比 ;由最小误码率来综合确定合理的信道间隔和信道容量 ;通过合理的设置放大器及系统参数 ,可以使受激喇曼散射的影响减至最小 ,从而实现性能良好的长距离。

光通信系统的信道容量估计与分析

光通信系统中信道容量决定系统准确传输信息的能力,决定通信性能的好坏。为提升光通信系统性能,提出光通信系统的信道容量估计与分析方法。通过建立光通信系统单次散射模型,检测光通信的信噪比,估算信道容量;在此基础上,分析光信号在传输过程中路径损耗、收发端仰角、接收端偏轴角以及噪声光子数对光通信系统信道容量的影响,确定不同因素对光通信系统信道容量的影响程度,完成光通信系统的信道容量估计与分析。实验结果表明:采用所提方法对光通信系统信道容量进行估计的准确度高达98%,且信道估计的耗时较短,具有一定实际意义。

雷达定标卫星光学散射特性研究

对主体为铝球用于雷达定标的一批卫星进行了地基光学观测,验证了其光度变化和光谱特性简单,易于开展光度和光谱特性影响因素分析。实验室对铝球的仿真测量也证明了铝球具有各向同性好、反射特性和光谱特性平稳等特点。研究团队基于测量结果构建了铝制球体卫星的光度计算模型,与实测结果的对比分析表明,利用铝制球体的材料特性和外形特征可最大程度的简化卫星光度计算模型,也证明了实测方法和光度计算模型构造方法的正确性,使得卫星光度可实时保精计算,可应用于天基和地基光电探测设备的动态能量定标和高速、变速运动状态下的探测能力标定。

受激喇曼散射效应对DWDM光通信系统性能的影响

在DWDM系统中,当输入光功率足够大时,会产生信道间功率转移的受激喇曼散射(SRS)效应。建立了在"时域分步法"存在衰减、色散"走离"和SRS效应作用条件下的N信道SRS效应计算模型,在此基础之上,使用Matlab软件进行仿真,通过大量的数据仿真分析了SRS耦合效应对DWDM光通信传输系统质量造成的影响以及输入功率、信道数与SRS耦合效应的关系,对进一步研究SRS效应对DWDM光通信系统性能的影响有着十分重要的意义。

基于光学原理的轴承球体表面缺陷检测方法研究

目的实现球体表面微小缺陷的非接触式检测。方法基于激光散射和剪切干涉的光学原理,设计了适用于微小缺陷检测的光路系统,搭建了可适用于不同直径球体检测的精密可调节检测光路系统平台,通过对标定板的检测及重复性实验,确定光路系统的检测精度。采用高精度气浮主轴搭建了精密可调节的球体运动平台,通过对直径20 mm的G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测实验,以及通过对一半抛光一半未抛光直径20 mm轴承钢球体的检测对比实验,验证光路实验平台对于球体表面微小缺陷检测的可行性。结果标定板上4μm宽、63 nm高的条纹的剪切干涉信噪比为8∶1,具有相对较高的信噪比。G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测试验以及一半抛光一半未抛光轴承钢球体检测的对比实验,验证了该光路实验平台中,激光散射可灵敏地检测较深的微米级缺陷,剪切干涉可灵敏地检测较浅的微米级缺陷。结论基于光学原理搭建的球体表面微小缺陷检测平台,可以实现对球体表面微米级别缺陷的检测。

基于单光子探测的目标光学散射特性研究

研究了目标物体的单光子散射回波特性,基于红外单光子探测器和皮秒激光器搭建了目标光学散射特性测量系统,以回波光子数作为单光子条件下目标光学散射特性的表征。实验研究了不同形状(球体、立方体、圆柱体、圆锥体)目标物体的单光子散射特性,并利用双向反射分布函数模型对实验结果进行拟合,理论拟合结果与实验测量结果能够很好地吻合。进一步对不同材质(瓷砖、木材、外墙砖)目标物体的单光子散射特性进行了研究,并将实验结果与传统波动散射特性进行了对比分析。该研究为单光子激光雷达远距离目标识别与探测的相关工作提供了参考。

颗粒溶液颗粒尺寸及浓度的差分偏振弹性散射光谱在线分析方法

偏振弹性散射光谱技术的基本原理为在偏振光入射条件下,根据出射光的偏振特性不同可以筛选出浅表层组织的单次散射光信息和深层组织的漫散射光信息。该研究的创新点在于将这种方法应用于颗粒溶液检测,目的是在颗粒溶液原始状态下实现对颗粒尺寸及浓度的同时检测。设计了一个共轴笼式光学系统,测量了聚苯乙烯微球颗粒溶液某一角度的背向散射信号,通过控制入射端和收集端偏振片的偏振方向获得了颗粒溶液的偏振平行光谱与偏振垂直光谱,两者之差即偏振差分光谱对应颗粒的单次散射信息,将该单次散射信息与Mie散射数据库进行比对获得颗粒的尺寸,然后在颗粒尺寸作为已知的条件下进一步分析偏振垂直光谱,将该垂直光谱对应的颗粒溶液的漫散射信息代入光漫散射下的近似表达式拟合得到颗粒的浓度信息。将实验结果与样品提供值进行了比对,并进一步分析了在获取颗粒数浓度时,颗粒直径的方差分布对结果的影响,最终验证了该实验方法的可行性。该方法的潜在应用包括对标准颗粒制造厂商的产品在线检测以及对牛奶制品中脂肪和蛋白质的浓度检测研究。

光散射理论与技术在胃癌临床诊断中的应用研究

本文讨论了悬浮在胃液中的“泡状结构”,球对光散射温度的贡献。给出了散射强度与“泡状结构”球的数目和大小的关系。从理论上解释了患有胃癌的胃液和没有患胃癌的胃液散射强度的不同,把患有胃癌的轻重和散射强度与“泡状结构”的数目和大小系系起来。提供出光散射技术在胃癌临床诊断应用中的理论根据。

可测瞬逝光的新型光纤探头

介绍一种改良的光纤探头,结构有所改进,在芯线凸圆部的表面形成金属膜,在内圆部的尖端形成金属球,可避免探头基部散射光和试样表面散射光的影响,获得遮光、散射“一举两得”成效,从而使瞬逝光测量得以实现高检测灵敏度、高分辨率。

基于等效球形颗粒数的颗粒物质量浓度算法

从Mie散射理论出发,推导了粒子计数器(OPC)测量球形颗粒物质量浓度的计算公式。考虑非球形颗粒,从颗粒群粒度分布概念出发,提出了统计意义上的等效球形颗粒数概念,给出了非球形颗粒物质量浓度的理论公式,并利用该理论公式阐明了OPC测量非球形颗粒物质量浓度计算公式的合理性,进而给出了基于等效球形颗粒数的悬浮颗粒物的质量浓度算法。实验结果表明,该算法的质量浓度计算值与实际值十分吻合,因而为实现OPC在线测量悬浮颗粒物的质量浓度提供了一种可行途径。

多模布里渊光时域反射系统的建模分析与计算

提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器外调制的移频本地外差检测布里渊光时域反射系统,分析了系统提高光纤受激布里渊散射阈值和移频本地外差检测的原理;推导了系统信噪比的数学表达式,研究了布里渊叠加谱峰功率和谱宽、系统信噪比和频移测量精度与纵模数的关系,以及实现最优测量精度时纵模数与脉冲宽度的关系,得到了相应的拟合公式。结果表明,选用纵模间隔0.141nm的多模激光器和单纵模峰值功率100mW、脉冲宽度50ns的入纤脉冲时,随着纵模数的增加,25km光纤末端的系统信噪比、温度和应变测量精度均得到了明显提高,且纵模数为20时,系统信噪比相对于单纵模增加11.73dB,温度和应变测量精度分别达到最佳值3.2℃和70.8με;最佳频移测量精度随脉冲宽度的增大先快速提高,后趋近于恒定值2.9 MHz。