脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的解析模型与仿真

将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应;通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 m W,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 m W时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零;系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。

LD预泵浦条件与Cr^(4+),Nd^(3+):YAG微片激光器的输出特性

建立了LD预泵浦的被动调Q平平腔Cr4+,Nd3+:YAG微片激光器模型,分析了预泵浦参数与激光脉冲时间特性的关系,设计了LD预泵浦的Cr4+,Nd3+:YAG微片激光器实验,测量了不同预泵浦参数下激光单脉冲以及脉冲序列的时间特性。实验结果与数值计算结果基本符合:调节预泵浦参数使每个泵浦脉冲刚好对应输出单个激光脉冲时,固定脉冲泵浦宽度,脉冲泵浦速率随连续泵浦速率的增加呈一次函数减小;固定连续泵浦速率,脉冲泵浦速率随脉冲泵浦宽度的增加呈非线性函数减小。结果还表明,激光脉冲半高全宽随整体泵浦速率的增加而减小,峰值功率随整体泵浦速率的增加而增加;当整体泵浦速率在阈值附近变动时,激光单脉冲时间特性的变化最为明显。

增益预泵浦被动调Q DPL频率稳定性研究

影响增益预泵浦被动调Q DPL频率稳定性的因素很多,其中预泵浦电流和主泵浦电流与其关系最为密切。在此基础之上,提出了用于增益预泵浦被动调Q DPL的台阶式电流跳变电源设计方案,完成了外部控制电路。将预泵浦电源分为控制电路和受控电源两部分,这种分离式的设计保证了受控电源与控制电路的独立性,有利于提高各自的稳定性。并通过实验获得了跳变斜率K=0.5 A/-s时,激光电源系统频率2 kHz下较为理想的满足预泵浦技术要求的电流输出波形,满足了设计要求,为提高被动调Q DPL频率稳定性奠定了基础。

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的瞬态解析方法

为了解决空间分辨率和频率测量精度之间的矛盾,将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,建立了运用瞬态受激布里渊散射耦合波方程组描述该系统的数学模型。采用时域有限差分法求解了瞬态受激布里渊散射耦合波方程,仿真拟合了常微分方程组的时域幅值解,并实验验证了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析系统散射光功率谱和理论的一致性。结果表明,传感脉冲光、瑞利散射光和声波场三波幅值拟合方程的均方根误差可达0.003 097、0.005 717和0.020 75,沿光纤长度该系统功率谱呈现出携带布里渊信息的瑞利散射特性,可实现光纤温度和应变的传感检测。

用预泵浦技术实现Cr^(4+)、Nd^(3+)双掺YAG激光器自调Q可控输出

对 LD泵浦 Cr4 + 、Nd3+ 双掺 YAG自调 Q激光器进行了研究 ,在连续泵浦和脉冲泵浦下获得了 1 .0 64 μm调 Q偏振激光脉冲输出 ,脉冲宽度 (FWHM)为 3 0 ns,单脉冲能量为 0 .5 μJ.采用直流预泵浦技术使 Q开关时间的不确定度从× 1 0 ms减小到 5 μs左右 ,并使激光 Q脉冲重复率从 1 k Hz提高到近 1 7k Hz,该方法也同样适用于其它被动调 Q激光器 .

被动调Q固体激光器的稳定性及增益预泵浦技术

研究了造成被动调 Q激光脉冲不稳定的原因 ,针对泵浦功率的起伏和饱和吸收体响应时间的影响 ,进行了深入的分析。提出了采用增益预泵浦方式提高被动调 Q激光器稳定性的方法 ,并就这种激光器进行了分析。结果表明 ,采用增益预泵浦 ,可提高被动调 Q激光器脉冲输出能量和工作效率。

基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析系统

为了降低布里渊频谱展宽造成的拟合误差,提出采用双边带连续光作为探测信号,并利用干涉谱进行传感。与传统的布里渊增益谱相比,所得频谱在共振频谱附近具有更窄的线宽,预泵浦温度传感中双峰拟合的误差减小,系统的频率分辨率得到了提高,从而实现高空间分辨率和高频率分辨率的基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析(BOTDA)系统。实验结果表明,利用所提方法在100 m保偏光纤上可以实现50 cm的空间分辨率和0.37 MHz的频率分辨率。与传统的单边带预泵浦系统相比,相同空间分辨率下所提系统的频率分辨率提高2倍。

泵站进水流道施工期钢模板变形监测研究

在泵站施工过程中,加强对进水流道钢模板的变形监测对保障泵站安全施工具有重要意义。针对传统变形监测方法难以适用于复杂异型曲面和易受环境因素制约等不足,基于预泵浦布里渊光时域分析技术对泵站流道施工期钢模板进行变形监测,提出一种温度补偿方法以解决布里渊频移对温度和应变交叉敏感的问题,采用改进共轭梁法将温度补偿后的应变监测值转换为结构变形。将该方法成功应用于某排水泵站工程流道钢模板变形监测。监测结果表明,钢模板顶部和两侧均监测到拉应变,拉应变随混凝土浇筑逐渐增加,并在浇筑完成一段时间后趋于稳定。该监测方法对异形结构变形监测的研究和应用具有借鉴意义。

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中。尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力。介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与应用前景,并且在实验中验证了PPP-BOTDA技术在管道安全监测中的应用是可行的。

基于PPP-BOTDA分布式光纤温度传感技术的数值模拟

基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析法的分布式光纤温度传感技术是近年来出现的一种新型温度传感技术。本文采用有限差分法对一维瞬态受激布里渊散射的耦合波方程进行了数值求解,分别模拟了传感器在不同温度情况下的布里渊散射三维频谱图,得到了布里渊散射谱的中心频率、布里渊频移以及功率随温度变化的趋势。仿真结果表明,理论模拟与实际相符,并且该传感技术具有很高的灵敏度,在结构健康监测领域有广阔的应用前景。

重复频率连续可调谐的Cr^(4+):YAG被动调Q微片激光器

激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器因其高重复频率、短脉宽、高峰值功率等优点,在光通信、激光雷达、遥感监测、非线性频率变换、激光微加工等领域有着重要应用,然而目前Cr4+:YAG被动调Q激光器脉冲输出稳定性较差,而且重复频率调谐范围窄,限制了其在气溶胶的荧光分析、测距以及空间光通信等领域中的广泛应用。实验中采用预泵浦方式,在激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器中获得重复频率连续可调、稳定振荡的激光脉冲输出,重复频率连续可调谐范围为2~28 kHz,其单脉冲能量的不稳定性优于±2.50%。其中,在重复频率为20 kHz时,获得脉冲宽度为2.431 ns,单脉冲能量17.6μJ,消光比252:1的脉冲输出,其幅度不稳定度约为4.00%,重复频率不稳定度约为2.40%。此类宽频可调、稳定振荡的激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器有着广阔的应用前景。

光纤陀螺用保偏光纤温度敏感性测试与分析

针对高精度光纤陀螺的温度敏感性问题,重点研究了光纤陀螺用保偏光纤温度性能。利用具有高空间分辨率的脉冲预泵浦光时域分析技术,测量不同温度点光纤的长度变化量,再根据光纤长度随温度的变化量与折射率温度系数的关系,给出光纤的折射率温度系数。试验共测量了8种国内和国外主流保偏光纤的折射率温度系数,测试结果显示:8种光纤折射率温度系数的最大值与最小值之间相差14%;某型国内保偏光纤与某型国外保偏光纤的折射率温度系数最小,量值基本相同。这种不同类型的保偏光纤折射率温度系数的差异与光纤纤芯的掺杂元素及掺杂浓度是直接相关的。该项测试技术可在基础材料层面提升光纤陀螺的温度性能;通过折射率温度系数测试,优选出更加适用于光纤环圈制作的保偏光纤,从而减小光纤陀螺温度Shupe效应误差,对于提高光纤陀螺的温度性能具有重要意义。

基于PPP-BOTDA的钢筋混凝土结构应变与变形监测实验研究

介绍了预泵浦布里渊光时域分析技术的测试原理、实现方法、技术参数以及温度对测试的影响,并用于钢筋锚固性能实验和混凝土梁受弯加载实验的应变测试.实验结果表明,预泵浦布里渊光时域分析技术可对钢筋、混凝土的应变分布、混凝土的开裂进行较准确的测量和定位.将分布式应变沿光纤轴线进行累加还可推算出结构的变形量,由此得到了箱梁在加载过程中的挠度分布曲线.对预泵浦布里渊光时域分析技术用于土木工程结构的应变、变形测量以及裂缝监测提出了建议.

混凝土结构开裂监测的PPP-BOTDA分布式光纤技术试验研究

针对混凝土结构裂缝难从理论上准确预测这一问题,本文基于预泵浦光时域分析(PPPBOTDA)的分布式光纤传感技术,借助模型试验,研究了利用该技术实现混凝土结构开裂辨识和发展状况监测的可行性,建立了混凝土结构开裂监测的经验模型。试验研究表明,光纤布里渊频移随着光纤温度的升高而相应的增加,二者呈一次线性关系,其温度系数为0.375 4MHz/℃;光纤布里渊频移峰值与混凝土开裂位置具有很好的对应性,且峰值的大小可表征出裂缝的宽度,光纤与裂缝正交时其应变系数为0.050 8 MHz/με。

单光子与双光子复色光存储

采用YAG532nm光预泵浦的方法，研究了偶氮材料EO和MO的单色光、双光子、和复色光共同存储状态，分别研究了它们的实时、短时、长时和永久存储状态。还分析了最佳泵浦条件及复色光共同存储的竞争机制。