基于交叉式Czerny-Turner结构的光纤光栅解调光路设计及像差校正

为满足光纤光栅传感系统的解调仪器高分辨力、微型化的需求,针对光纤光栅传感1 550 nm波段设计了光谱成像法光纤光栅解调系统的分光光路系统.成像系统形式采用交叉式Czerny-Turner结构,分析了使用超环面镜代替球面镜、在结构中加入额外的柱面透镜或柱面反射镜以及使衍射光栅工作在发散光条件下的3种校正像散方法的特点,最终选用使衍射光栅工作在发散光条件下的校正像散方法,实现在不加入附加光学元件条件下的像散校正,同时采用小角度入射的方法减小系统彗差.通过Zemax对成像系统进行了参数优化与光线追迹分析,优化结果证明了上述像差校正方法适用于光纤光栅解调.在解调光谱范围内,可明显分开波长间隔为1 nm的光斑,满足光纤光栅解调的分辨力需求.

平面光路中交叉波导的损耗和串扰研究

在大规模平面光路器件的布版中不可避免地会发生光波导交叉情况,交叉波导引入的损耗和串扰随交叉角度的变化而变化。文章围绕这个问题制作了硅基二氧化硅交叉波导样品并进行了损耗及串扰测试,结果表明,采用大于25°的交叉角度,可使每个交叉点的损耗小于0.1 dB,串扰小于-40 dB,满足器件的设计要求。

基于光路追踪方法的激光交叉束能量转移模型

提出一种基于几何光路追踪方法并可在流体模拟程序中实现在线计算的激光交叉束能量转移(CBET)耦合模型。借助由激光逆轫致吸收公式引入的泵浦激光功率密度在流体网格尺度上的计算公式,该模型可计算探针激光束中每根光线所携带的能量经过与泵浦激光场相互作用带来的损失(或增加),从而实现激光能量在束间的转移。反复迭代的计算方法解决了由于激光束间能量转移与光线历史相关并且束间强耦合带来的方程求解困难。模型很容易推广到多束激光束两两能量交换的情形,也可用于研究逆轫致吸收和激光等离子体相互作用等物理内容。

时间双光路SO_2荧光检测法的研究

烟气中SO2气体体积分数的检测一直是人们关心的热点问题,在深入分析SO2的荧光检测机理的基础上,提出了一种新型的时间双光路SO2荧光检测方法,通过对2个滤光片交替工作得出的荧光信号进行加权处理,解决了单光路测量中存在交叉敏感和背景噪声的问题。

生存光传输网络的交叉连接模块结构

基于波分复用技术的光传输网络在克服当前网络容量瓶颈的同时又面临网络生存的挑战,它必须快速、有效地恢复因网络故障而受损的工作光路。该文分析了四种基本网络恢复技术以及与之相对应的OXC节点模块结构,即:保留光纤链路方式、保留波长链路方式、保留波长路径方式以及动态波长路径方式;并从光连接恢复时间、网络资源效率和控制复杂度三个侧面比较了不同OXC结构对于网络生存的影响。

高光通量交叉非对称Czerny-Turner拉曼光谱仪光学系统

为克服分立式便携拉曼光谱仪光通量低的缺点,设计了一种集拉曼探头光路与分光系统于一体的光学系统。探头光路采用大数值孔径的非球面透镜实现样品的有效激发和信号的高效收集,通过胶合透镜组缩小会聚光路尺寸、消除轴向色差。分光系统基于交叉非对称Czerny-Turner结构,为获得期望的光谱分辨率和光谱范围,建立了分光系统光谱分辨率及光谱范围与交叉非对称Czerny-Turner结构参数的关系。由测得的汞灯谱图可知,分光系统的光谱分辨率优于6 cm^(-1)(0.37 nm),光谱范围为790~950 nm(200~2000 cm^(-1))。将设计的光学系统对CCL4进行测试,实验结果表明在相同积分时间内由这种整体式的光学系统检测到的CCL4光谱谱峰强度是用商业探头通过光纤连接分光系统检测到的近3倍,验证了光学系统设计的合理性。

基于改进蚁群算法的光资源路径规划

传统光资源路径选择方法依赖随机或就近原则,导致光交箱端口使用率极度不平衡,部分光交箱端口占用过度饱和,引发光信号衰弱影响用户体验,而另一部分光交箱端口资源却鲜有利用。本文呈现了一种新的基于改进的蚁群算法的光网络资源路径分配策略。为了解决常规蚁群算法在寻优过程中的慢速收敛问题及易陷入局部最优的困境,本文提出基于改进的Metropolis接受准则和路径交叉策略的蚁群优化算法。实验仿真结果表明,该方法能根据使用者设定的不同目标侧重,生成多条符合设定侧重的路径,满足了不同光路连接需求,提升了光交箱端口整体的合理利用率,从而实现资源的充分利用,减少运营商的消耗成本。同时,在改进算法与经典的蚁群算法的对比实验中,也验证了改进算法的有效性和可行性。

带有实时温度补偿功能的微型光谱仪研制

解调飞机上变栅距光栅位移传感器的微型光谱仪在受到严重的高低温冲击后会出现温度漂移。针对航空领域中变栅距光栅位移传感器的解调系统研制了一种具有实时温度补偿功能的微型光纤光谱仪。为了实现实时温度补偿,分析了温度变化对微型光谱仪的影响,并对传统的交叉式Czerny-Turner光路进行了优化,用ZEMAX软件模拟得到:在相同的受热产生的变形条件下,优化的C-T光路光谱漂移量相比优化前的更小且整体漂移线性度更好。在此基础上提出了一种引入参考光来实现实时温度补偿的方法,并最终基于改进的C-T光路制作了一个体积为80mm×70mm×70mm、工作波段在500~1 000nm、积分时间为8ms^1 000ms、光学分辨率约为2nm的微型光纤光谱仪,用实验验证了优化的C-T光路的光谱温度漂移情况及温度补偿方案的可行性。实验结果表明在近60℃范围内的温度冲击下,研制的微型光谱仪能够达到波长标准误差小于0.1nm,波长最大误差小于传感器系统所要求的0.3nm,满足初始的设计要求。该微型光谱仪的创新之处在于采用了优化的交叉式C-T光路作为色散系统且基于引入参考光的方法实现了实时温度补偿功能。

近红外微型光谱仪光学系统设计与模拟

基于光谱仪基本工作原理和光学设计理论,以系统微型化、且能满足一定光谱范围和分辨率要求为具体设计目标,提出了基于平面衍射光栅分光的交叉式C-T结构的近红外微型光谱仪光学系统结构方案。采用ZEMAX软件对近红外微型光谱仪的分光系统、成像系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明,该光学系统光谱范围为900～1 700 nm,分辨率<10 nm,谱面展宽为12.74 mm,F数为8.128 388,系统体积为51.26 mm×41.81 mm×22 mm。

便携式分光测色仪光学设计

光学系统是分光光度计的核心部分,以光谱仪基本原理和光学设计理论为基础,以便携化、低成本、且满足设计要求的光谱范围和分辨率为具体设计目标,对李特洛系统、艾伯特-法斯梯系统、切尔尼-特纳系统、交叉式切尔尼-特纳系统这4种可行的设计方案进行了比较与分析,提出以平面衍射光栅作为色散元件的非对称交叉式C zerny-Turner结构作为该设计的系统结构。用光学软件对该系统进行模拟和优化,设计结果表明:设计的系统光谱范围为360 nm～740 nm,光谱分辨率为10 nm、F数为5.25、光谱展开为44.1 mm、系统体积约80 mm×69 mm×62 mm,满足精度高、体积小及成本低等设计要求。

平板波导光谱仪中光栅多次衍射杂散光的抑制

平板波导光谱仪是一种紧凑型光谱仪,其光栅多次衍射杂散光大,需要进行抑制。首先研究了多次衍射杂散光的形成过程,并通过Trace Pro软件详细分析了多次衍射杂散光的传播路径和大小。然后根据杂散光的空间特性和波长特性对其进行分类,采取不同的抑制方法。在不改变原有光学结构的基础上提出了利用滤光片和挡光板来抑制多次衍射杂散光的方法,滤光片的参数和位置需要精心选择以达到最好的抑制效果。最后对增加抑制结构前后的杂光系数进行对比分析。结果表明,多次衍射杂散光得到了很好的抑制,最大杂光系数从5.3%降到0.033%,平均杂光系数从1.9%降到0.001 8%。

有阻塞OXC节点的图表示

提出了有阻塞OXC节点的图表示方法。该方法的基本思想是用图来替代交换能力受限制的节点 ,而此图由交换能力不受限制的节点和容量受限的边组成。文中以典型的阻塞OXC节点为例 ,给出了它们的图表示 。

一种用于手持拉曼的宽谱段高分辨分光系统设计

针对目前手持拉曼的微型光谱仪的光谱范围较窄,光谱分辨率较差,体积较大等技术短板,提出一种用于手持拉曼的宽谱段高分辨分光系统设计方法。在综合考虑安装调试及性能基础上,创新性采用楔形柱面镜消除像散,既保证了信号强度又便于机械安装。在约束不同波长经过光栅衍射后,出射光束口径变化的前提下,利用交叉式非对称Czerny-Turner光路结构的像差特性,实现全谱范围内的慧差矫正。基于ZEMAX软件对光谱仪结构进行仿真和优化,并完成了样机研制,样机尺寸为72mm×43mm×62mm。采用氦-氖灯对其性能进行了测试,结果表明:分辨率优于6cm^(-1)、拉曼光谱范围150~4000cm^(-1),验证了该微型光谱仪系统光学设计的可行性和合理性。

基于CMOS传感器的微型光谱仪设计

为了快速、有效的检测气体中含有的NOX、SO2等污染性气体的浓度。设计了基于CMOS传感器和交叉Czerny-Turner(CT)型光路的嵌入式微型光谱仪,通过16位AD转换和C8051f410,实现NOX、SO2等气体浓度的自动检测。并介绍了CMOS传感器的性能指标以及系统的软硬件设计。

关于通信端局MODF光测量室改造工作的分析

中国通信全光网络的建设,通信端局铜缆拆除后,测量室闲置并已失去原有功能,而设备机房光缆容量的不断增加,机房空间无法满足业务发展需求。文章分析了目前通信端局设备机房存在的问题,提出了光测量室改造的解决方案,对改造的思路原则、改造的步骤和改造的结果进行了描述。

变栅距光栅位移传感器的优化设计

变栅距光栅位移传感器传感部分反射的衍射光中心波长是由微型光谱仪进行解调的。为了解决传感器系统目前所用的微型光谱仪体积较大、成本高且针对性不够强等问题，本文对该传感器的信号解调部分进行了分析，并对其内部光路进行优化，制作了一个与传感器配套的微型光谱仪，光学分辨率为2nm。实验结果表明，用该光谱仪解调变栅距光栅位移传感器的信号时多次重复测量的位移差在0．08ram以内，传感器有着较好的重复性；且位移误差小于0．3mm，最大引用误差小于0．5％，满足设计指标。