阵列光纤激光器可靠性冗余策略研究

为了提高阵列光纤激光器的可靠度,本文利用k/n(G)表决模型灵活性和高容错的特点,使用冷储备单元,对光纤阵列进行冗余设计,从而实现在激光器输出功率可控的前提下使用寿命得到提升。k/n∶M(G)冷备表决系统包含n个工作单元,M个冷储备单元,当至少有k个单元正常工作时系统正常工作。本文结合5光模块可控阵列光纤激光器,建立3/5∶2(G)冷备表决系统的等效模型,对不同冗余策略下的光纤激光器的可靠度和平均寿命进行求解,然后根据最佳策略对表决系统进行优化,最后利用蒙特卡罗仿真试验证明方法的正确性与可行性。

平面光波导与阵列光纤耦合分析

根据光波导理论,论述平面光波导与阵列光纤对准耦合原理。基于光束传播法,分析平面光波导与阵列光纤对准耦合过程中对准偏差(横向位错、纵向间距和轴向角度)与耦合损耗之间的关系,对对准偏差的光学容差也进行分析。研究结果表明:平面光波导与阵列光纤耦合损耗对横向位错相当敏感,轴向角度偏差对耦合损耗的影响也较大,轴向间距的影响则要小得多;若以0.15dB的附加损耗考察,平面光波导与阵列光纤横向位错、纵向间距、轴向角度的光学容差分别为1μm,16μm和0.65°;所得仿真结果与理论计算结果基本吻合,说明应用光束传播法分析平面光波导与阵列光纤对准耦合是有效的。

阵列光纤在牙色测量系统中的应用(英文)

提出一种在牙色测量系统中应用阵列光纤色度传感器的新方法。该方法能够解决牙色测量中的复杂问题。采用该方法,可实现快速、精确的牙色测量,同时也能补偿平面光栅多色仪的色散。

阵列光纤组件端面的化学机械抛光试验研究

目的设计合理的抛光工艺方案,获得平整的阵列光纤组件端面。方法采用单因素实验法研究抛光工艺参数对阵列光纤表面粗糙度与光纤凸起量的影响,利用光学表面轮廓仪与扫描电镜进行分析与观察。结果在抛光液磨粒质量分数为2%,抛光液流量为15 m L/min,抛光压力为50 k Pa,抛光盘转速为30 r/min的条件下,可以获得平整的阵列光纤组件端面。结论应用化学机械抛光技术加工阵列光纤组件,并设计合理工艺方案,可获得平整的阵列光纤组件端面,其表面粗糙度可低至42.6 nm,光纤凸起值可低至0.14μm。

阵列光纤光栅频谱合束技术研究

文章提出一种新型的基于阵列光纤光栅(AFG)的频谱合束结构,该结构的优点是输出光斑具有较好的单模特性,且系统的可靠性和可扩展性较强。应用高斯模场近似的方法,对这种结构的性能做了仿真分析,仿真结果表明,这种结构的衍射效率高,输出光斑尺寸小,单模特性好。

阵列光纤牙齿颜色测量系统研究

介绍了阵列光纤牙齿颜色测量系统的组成和工作原理,该系统由微型光谱仪、光纤探头、CCD探测器和计算机组成。它能够对牙齿不同部位的颜色进行快速、准确、方便的测量。为解决目前临床牙齿测配色不准确问题,提供了一种可行的新方法,为真假牙齿比色以及新的口腔材料的研制开发提供了依据和检测手段,在镶牙及活体牙颜色测量方面具有重要意义。该系统还可用于其他需要进行颜色测量的场合。

应用于光束质量测量的阵列光纤串扰校正

为降低光束质量测量系统中阵列光纤输出串扰导致的测量误差,本文提出了硬件设计与算法构建相结合的串扰校正方法,并就此展开了相关的原理研究与方法验证。首先,基于光束质量测量要求和光纤传光原理分析了阵列光纤的串扰影响;其次,结合朗伯散射原理和实验结果验证了校正串扰的原理:使用朗伯体降低阵列光纤输出光发散角差异,并建立统一的弥散光斑串扰模型,再采用反卷积算法复原到靶光斑;再次,介绍了针对性的反卷积算法原理,并就相关参数的设计展开了讨论;最后,对真实光斑、光纤输出的未校正光斑及已校正光斑进行对比分析,实验验证了校正方法的可行性。实验结果表明:与未校正光斑相比,校正后光斑强度分布的相对均方根误差由36.06%降至4.67%,桶中功率的相对均方根误差由7.79%降低至0.73%,86.5%桶中功率所在束宽的测量相对误差由10.83%降至3.46%,结合校正算法的图像处理和参数计算总时间约为8 s。

井下超长阵列光纤接收器提高井眼地震图像精度

Paulsson公司开发出由超长阵列光纤接收器组成的井眼地震测量系统。系统包括200个光纤地震传感器，每个传感器包含3个道（3C），用来接收来自3轴方向的声波信号。各传感器之间的间距为15．24m，从而形成长达3048m的光纤传感器阵列，其温度压力指标分别达300℃和30000psi。该系统的光缆受到1／4in管子的保护，所有的地震元件都被封装在用铬镍铁合金不锈钢材料制造的承压保护套中。

嵌入式光纤阵列复合材料裂纹损伤在线识别研究

为探索复合材料内部的微裂纹损伤,将水平和垂直方向的光纤等距排布,制备复合材料光纤阵列预浸料,并嵌入复合材料结构中,制成碳纤维-光纤复合材料板。搭建了实时在线识别裂纹损伤的光纤阵列复合材料板测损系统,基于复合材料损伤位置和光纤损伤位置的一致性,利用内光电效应,通过采集光电传感器的感光电压判断碳纤维-光纤复合材料板的光纤受损情况,水平和垂直的双向光纤阵列会给出具体损伤位置坐标,进而判断出相应位置复合材料受损情况。预先在复合材料内部制造损伤,通过实验数据与实际损伤进行对比,数据表明:实时在线识别裂纹损伤的光纤阵列复合材料板测损系统可以准确高效地识别出复合材料内部裂纹损伤位置及大小。

阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区的浅层探测实验研究

随着野外观测数据的累积和地震成像技术的发展,对地球内部结构的探测范围越来越大,精度越来越高.利用新的技术手段获得更多的观测数据,不仅填补了研究区观测数据的空白,还有助于提高地下结构的探测精度.利用光纤地震仪耐极端环境和易于布设等优势,本研究使用自主研发的阵列式光纤地震仪在西藏易贡湖地区进行野外试验,首次获得了青藏高原地区主动源和背景噪声的光纤地震数据(包含一条水下测线的数据).利用背景噪声成像手段得到了易贡湖岸近地表S波速度结构,但未获得湖底的速度结构.经分析认为,湖水的流动对架设于湖底的探头造成了干扰.本次试验初步验证了阵列式光纤地震仪在极端野外环境中(尤其是水下)进行数据采集的可行性,为未来在极端环境下的数据采集提供了新思路.

用于超声成像的阵列式光纤传感系统研究

光学超声成像是一种新型的医学成像技术,相比于传统超声成像技术具有更高的分辨率和更高的对比度。目前,光学超声成像通常以单传感器采集超声信号,使用机械扫描视场进行超声成像,但这会导致相对较长的扫描时间和较低的帧速度。为了解决这一问题,提出了基于法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)干涉和激光多普勒测振两种原理的阵列式光纤超声传感系统,使用多个光纤传感单元并行采集处理信号来实现快速光学超声成像。搭建传感系统并进行超声传感实验,结果显示F-P干涉系统的灵敏度更高,实现了10 fps的成像速度,而激光多普勒测振系统更适合全部通道并行传感,成像速度为100 fps。研究实现了快速光学超声成像,这开创了光纤传感系统用于并行超声传感的先河,这在无损检测和生物医学超声成像方面具有巨大潜力。

全光纤激光阵列主动相位控制技术研究进展

全光纤激光阵列主动相位控制利用全光纤网络实现阵列激光的活塞相位内部探测与控制,具有结构紧凑、无需外部反馈光学器件和易于扩展等优点,是大阵元规模光纤激光相干合成重要发展方向之一。采用全光纤相位探测结构,介绍了全光纤激光阵列主动相位控制技术的系统原理和利用光纤耦合器实现相位锁定的过程,总结了全光纤激光阵列主动相位控制关键技术,通过优化算法实现全光纤激光阵列主动相位控制验证实验。探讨了在全光纤结构主动相位控制中π相位模糊问题及解决方法,给出了利用双波长探测实现消除π相位模糊问题的仿真结果。最后梳理了全光纤激光阵列主动相位控制研究现状,并从路数扩展、功率提升和应用等方面进行了展望。

基于有源光纤光栅阵列的局部放电声发射检测与定位技术

针对现有光纤超声传感器复用系统光路繁琐、传感器无法实现多点同步测量等不足,该文提出一种基于有源光纤光栅(fiber bragg grating,FBG)阵列的局放声发射传感检测方法。通过抑制系统的弛豫振荡噪声、引入不平衡干涉仪和声光调制器将微小波长变化的检测转化为相位变化进行解调,使系统检测灵敏度明显提高;理论推导并验证非平衡干涉仪臂长差优化设置方案,使光纤超声传感阵列各传感元检测下限比压电陶瓷换能器(piezoelectric transducer,PZT)低17.1%~19.7%。在此基础上,开展变压器油中局部放电检测与定位实验。实验表明:在1000mm×1000mm×1100mm的油箱内定位精度小于40mm;对于变压器油中悬浮放电模型,有源FBG的局部放电检测起始电压比PZT低22.2%,可测放电量低24.0%。结果可为变压器油中局部放电提供一种高灵敏度的检测与定位方法。

光纤阵列准直器设计及其发散角测量

传统基于单个固定折射率透镜和渐变式折射率透镜制备光纤阵列准直器的方法,存在阵元数扩展困难、封装工艺复杂且集成化困难等缺点。利用光学微透镜易阵列化且阵元特性一致性好等优点,提出了基于平凸微透镜阵列制备光纤阵列准直器的方法。根据高斯光学和矩阵光学理论,对光纤阵列准直器的准直特性进行了理论分析和仿真,确定了光纤阵列准直器的相关设计参数,据此加工制备了四阵元一维排布光纤阵列准直器,其阵元间距为250 μm。通过远场光斑法对光纤阵列准直器的主要性能参数远场发散角进行了测量,并采用蒙特卡洛法对测量不确定度进行了分析与评定。光纤阵列准直器各通道远场发散角的测量值分别为0.69°,0.67°,0.71°,0.68°,测量扩展不确定度为0.02°,该测量结果在设计容差(0.68±0.03)°之内。该光纤阵列准直器具有良好的准直特性,能够满足光纤通信系统中光纤阵列准直器小型化和集成化的需求。

基于全同超弱反射光纤光栅阵列的实用解调系统研究

基于实现长距离多测点的准分布式传感系统的需求,提出了一种应用于全同弱反射光栅阵列传感的解调算法,采用了可调谐光源扫描法和相应的寻峰算法作为系统解调算法,通过在相同温度不同光源强度下和相同光源强度不同温度下系统的稳定性和线性度实验,检验了系统的稳定性和线性度。当选择反射率小于0.01%的弱反射光栅时,解调系统可以满足8公里的测量长度,约8 000个传感测点的需求。在解调系统线性度实验中当实验温度步进为0.5℃时拟合系数可以达到0.995以上。

浅析光纤阵列的制作工艺

本文介绍了高速光模块中光纤阵列这一核心耦合组件,包括光纤阵列组件及其零件的结构特点、光纤阵列制作工艺及其注意事项、光纤柱面及端面检测问题等,同时也提出了光纤阵列在与光模块耦合时,出现常见的问题及解决办法。

基于光纤感知阵列的井下车辆状态监测技术研究

为了实时获取井下车辆位置与速度等状态信息,提出了一种基于光纤感知阵列的监测网络。根据巷道方向构建了光纤传感网络的等效矩阵,设计了多目标车辆状态参数的反演算法。采用MATLAB仿真分析了巷道曲率与距离分辨率的函数关系,得到了在x和y方向上FBG间隔为4.0 m和3.0 m时可满足距离分辨率优于2.0 m的结果。实验对A、B、C三种类型车辆进行测试,速度为5 km/h、10 km/h和20 km/h。结果显示,测试精度会随着测试距离长度的增加而趋于稳定,位置误差介于0.4~0.6 m。巷道曲率对位置误差的影响较小且具有线性特征,可通过线性标定消除。

方形阵列端面研磨技术研究

使用不饱和聚酯树脂、V型定位槽和定位模具制成8×8方形光纤阵列(多芯)。采用四角加压固定研磨方法进行研磨,探究了方形光纤阵列(多芯)的表面粗糙度和表面最大高度差与研磨转速和研磨压力之间的关系。结果表明,当研磨转速是12 rpm,研磨压力为2 kPa时,方形光纤阵列(多芯)表面状态最适宜,此时Ra等于10 nm、表面最大高度差为5.5μm。研磨压力对于表面粗糙度和最大高度差均有影响,而研磨转速对表面最大高度差无明显影响。

4芯2×2阵列光纤光镊器件的研制

为了给分子生物学、免疫学、基因工程等生物医学研究提供有效的细胞操控工具,为微细加工、物理学及光谱学等领域提供实验手段,通过光纤熔融拉锥(Fused Biconical Taper,FBT)工艺,研制出4芯2×2阵列光纤光镊器件,并介绍了相关制造方法及关键技术。采用50/125μm多模光纤进行拉锥,4根光纤的排列形式为矩形,光镊尖端各纤芯径约1μm,各纤光功率传输损耗<0.5 dB,光纤光镊锥角30°左右,工作波长为1 053 nm。

光纤阵列埋入式PCB的压合技术研究

光纤阵列可实现多通道的光信号传输,在埋入PCB的制程中,难点在于压合。光纤阵列的结构决定了需要设计对应的层压结构和压合参数,以确保光线阵列埋入后的完整性和可靠性。文章以特殊的层压结构设计、开槽设计和加工流程参数设置,实现光纤阵列在PCB的完整埋入,并确保产品具有较好的热可靠性。