基于锥形掺镱光纤实现20 kW高光束质量激光输出

锥形光纤能够有效兼顾非线性效应抑制和模式控制,具备实现高功率、高光束质量光纤激光的潜力。近期国防科技大学研制了锥形掺镱光纤,采用1 018 nm光纤激光后向级联泵浦实现了20.2 kW激光输出,光束质量β因子平均值优于2,拉曼抑制比为33 dB。研究结果展示了锥形光纤在实现万瓦级高光束质量激光方面的优势。

国际空间站宇航光纤通信器件发展综述

光纤通信技术在国际空间站(ISS)上首次大规模应用,是光通信技术从地面进入太空应用的一个重要里程碑。回顾了ISS舱内光纤通信所用宇航光缆和光纤连接器的技术发展历程,阐述了ISS对光纤通信技术的特殊需求;介绍了美国航空航天局(NASA)开展的光纤器件空间适应性试验研究情况,NASA和欧洲太空总署(ESA)负责建造舱段的光纤通信系统,以及NASA针对ISS光纤通信器件缺陷问题的质量调查情况和整改过程;结合ISS光纤通信器件质量问题的案例分析,总结了宇航光缆和光纤连接器在制造、工艺、材料、环境、检测和管理方面存在的问题和经验教训。最后,对宇航光纤通信器件的研发方向进行了展望。

基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计研究

由于未对接收信号进行去噪处理,导致光纤通信链路时延估计存在估计误差大、准确率低的问题,为了解决方法中存在的问题,提出基于边缘计算的高速光纤通信链路时延估计方法。通过边缘计算设计了高速光纤通信网络架构,基于网络架构中的边缘计算层,通过直射链路的方式构建高速光纤通信链路模型,接收光信号,并使用广义相关算法对接收到的信号进行去噪处理,根据去噪处理结果,结合卡尔曼滤波方法与Round-trip算法估计信号时延。实验结果表明,所提方法的高速光纤通信链路时延估计准确率高、效果好,具有较高的实际应用价值。

庆城页岩油泵入式光纤监测技术实践

庆城油田页岩油水平井主体采用分段多簇细分切割体积压裂技术,但目前仍存在多簇起裂效率不清晰的问题。为了评价多簇起裂有效性及裂缝延伸规律,开展了水平井泵入式光纤测试技术先导性试验,该技术具有工艺灵活、便捷高效及成本低的独特优势。测试结果表明,水平井分段多簇细分切割体积压裂通过射孔限流+颗粒暂堵方式,能够实现100%多簇完全起裂,但各簇进砂(液)量差异明显,各簇裂缝延伸不均衡。该项研究初步回答了多簇起裂有效性问题,并验证了水平井套管内泵入式光纤监测技术的可行性,丰富了水平井体积压裂效果评估测试手段,同时为鄂尔多斯盆地页岩油水平井压裂工艺及参数优化提供了重要依据。

一种光纤布喇格光栅涡街流量传感器

在流量计量领域中,利用光纤传感技术对涡街流量计量的研究较少,故具有重要的研究意义。该文设计了一种悬臂梁式的光纤布喇格光栅涡街流量传感器,其利用悬臂梁自由端振动使光纤布喇格光栅中心波长发生周期性移位,从而测量涡街频率,得到流体流量信息。温度传感测试实验与流量传感测试实验结果表明,该传感器温度灵敏度为17 pm/℃,涡街流量灵敏度为0.01895 Hz/(L·h^(-1)),非线性误差为2.23%。实验验证了该传感器可应用于液体涡街流量计量。

堤防光纤感知系统建立与汛期应急监控

汛期堤防安全关系到人民的生命和财产安危与社会稳定,而不断提高汛期堤防应急监控水平是减轻洪涝灾害的必然途径。本文对现有堤防的相关监测技术进行了评述,在此基础上,结合作者20余年在地质与岩土工程光纤监测理论研究、技术研发和堤防监控应用实践,梳理了汛期堤防的应急光纤监控内容;介绍了基于3Ds的分布式光纤感测技术的堤防监控原理与最新进展;构建了汛期堤防应急光纤感知系统;重点介绍了汛期堤防水位、渗流、侵蚀和形变等分布式光纤监控技术,并指出了今后的研发方向和目标,以期为我国的汛期堤防应急防控提供一个新的监控思路与技术手段。

光纤陀螺仪光纤尾纤装配动力学建模仿真与应力计算方法

光纤陀螺仪(FOG)中光纤尾纤的装配主要依靠工人手工完成,装配应力控制凭借人工经验,一致性难以保障。针对光纤装配应力定量控制的难题,提出一种基于离散微分几何理论的光纤动力学建模仿真方法。首先,基于离散微分几何理论建立了光纤运动学框架,并由弹性势能推导了包含拉伸、弯曲和扭转变形的光纤动力学方程以及应力计算方法。其次,提出了基于Newmark隐式算法的光纤动力学方程数值求解方法,并设计了光纤在装配过程中与周围物体的碰撞检测与响应策略。随后,进行了光纤圆周布设和弯扭变形的仿真测试。结果表明,光纤控制端与固定端之间的自由长度越短,光纤圆周布设的位置越精确;光纤截面半径越大,在同样的扭转角下光纤产生的弯扭变形程度越大。最后,设计了一种光纤陀螺仪装配布局,并通过动力学仿真得到了光纤装配过程的应力分布及最大应力变化,为陀螺仪光路低应力装配与路径规划提供了理论支撑。

光纤耦合光学系统的单模耦合效率研究

单模耦合是光纤耦合光学系统中的关键技术,当前单模耦合过程中还存在一些难题,直接影响单模耦合结果,为了获得更优的单模耦合结果,对光纤耦合光学系统的单模耦合效率进行分析和研究。首先根据单模耦合原理设计了光纤耦合光学系统,并设计了发射端与接收端,然后构建光纤耦合光学系统的单模耦合模型。测试结果表明,设计系统的单模耦合模型优越性十分明显,耦合效率得到了明显提升,为相关光纤耦合光学系统提供了有价值的参考意见。

基于并联游标效应的MZ光纤应变传感器增敏解调系统

为了进一步提高马赫-曾德尔(MZ)光纤应变传感器的灵敏度,设计了一种基于并联游标效应的MZ光纤应变传感器增敏解调系统。该系统由传感干涉仪和参考干涉仪并联组成,2个干涉仪都是单模-无芯-少模-单模(SNFS)结构的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。通过提取2个SNFS-MZI传输信号的差频成分并跟踪其波谷的移动,提高系统应变灵敏度。此外,通过单独提取参考干涉仪的干涉谱,从而消减应变测量时的温度串扰。实验结果表明:该系统的应变灵敏度为7.39 pm/με,约为单个传感干涉仪的应变灵敏度5倍;通过调节参考干涉仪和传感干涉仪的传感臂长,可以灵活调节MZ光纤应变传感器增敏解调系统的灵敏度性能。

保偏光纤制备及其参数测试原理

为了研制工作波长为1310 nm的保偏光纤,采用改进的化学气相沉积工艺制备了保偏光纤预制捧和应力棒,经加工、拼接、清洗、拉丝工艺后,得到几何尺寸精确的高质量保偏光纤;同时搭建了高效测试系统,采用折射近场法、远场扫描法、视频灰度技术(传输近场),分别测量了预制棒的折射率分布和几何尺寸,保偏光纤模场直径、数值孔径、几何尺寸等关键参数。结果表明,此标准化测试系统操作流程简单、结果精确;模场直径为6.26μm,数值孔径为0.23,包涂直径80μm/135μm/165μm(精度±0.7μm);终检测试合格的光纤成品随机抽样16.25%,高低温老化实验后拍长、串音变化小。所研制的保偏光纤性能稳定,几何尺寸精确、结构均匀、损耗低,具有优良保偏性能,已广泛应用于实际生产中。

单模-空芯-单模光纤微结构应变传感特性研究

设计了一种单模-空芯-单模光纤微结构应变传感器,利用光束传播法进行仿真分析,建立了波长-应变关系模型,并对其应变特性、温度特性进行实验研究。实验结果表明,在0~340με范围内的拉伸应变灵敏度和-340~0με范围内的压缩应变灵敏度分别高达-4.19和-4.26 pm/με,线性度分别为0.9971和0.9981;在20~70℃范围内的温度灵敏度为9.6 pm/℃,线性度达到0.9909。该传感器制作简单且具有较高的应变灵敏度,可以实现应变测量。

浅谈配网自动化光纤通信系统施工技术

为了保证配网自动化光纤通信系统的稳定运行和信号的可靠传输,论文简要介绍了配网自动化光纤通信系统,对配网自动化光纤通信技术在施工过程中的施工要求、关键要点和注意事项进行了探究。

区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究

针对近距离煤层下伏工作面过上覆遗留煤柱时,发生动静载叠加诱发强矿压显现,导致区段煤柱发生变形失稳造成人员伤亡和设备破坏。为探索基于光纤光栅实时监测区段煤柱变形发育特征,分析进、出遗留煤柱阶段矿压显现机理,将FBG、光栅应力计的光测方法相结合,结合现场实测的区段煤柱变形应力应变水平参量变化规律,研究煤柱应变空间分布规律及回采过程中工作面前方煤柱内部应变时域响应特征,验证光测方法在煤体应变水平观测的可行性。结果表明:工作面回采经过上覆遗留煤柱期间,区段煤柱顶板受集中应力影响,上部岩层块体破断并发生回转导致煤柱载荷增加,随着工作面推进覆岩断裂进一步向上传递,关键层断裂回转发生导致工作面来压,最终导致区段煤柱变形失稳。根据现场光栅应变增量幅度判断煤柱内局部变形的剧烈程度,在集中应力作用下,区段煤柱变形时发生最大应变为650×10^(-6),上覆岩层集中应力造成煤柱应变水平峰值位置为煤柱宽度11.5 m,沿煤柱宽度方向应变表现出先增加后减小然后趋于稳定的趋势,内部应变随采动过程中影响范围在5 m左右。综合研究工作面回采经过上覆遗留煤柱时应变对区段煤柱发生变形失稳的特点和规律,以及应变水平变化和煤柱物理力学性质,得到煤柱破坏的前兆特征,在外力作用下达到变形峰值前对煤柱提前进行卸压和防护的安全处理。

基于布里渊动态光栅的高灵敏度保偏光纤多参量同时解调

为了实现基于保偏光纤在布里渊动态光栅的温度、快轴压力和慢轴压力同时解调,并克服传统压力传感灵敏度不足的缺点,提出了一种边孔型高灵敏度光子晶体光纤。利用有限元方法,研究了温度、快轴压力和慢轴压力与双折射频移、布里渊频移和布里渊线宽之间的关系,据此可实现多参量的同时解调。结果表明,该光子晶体光纤可以实现三参量的同时解调,且解调误差在1 MPa和1℃以内。快轴压力、慢轴压力和温度的误差均值分别为0.21 MPa、0.31 MPa和0.30℃,误差的标准差分别为0.15 MPa、0.21 MPa和0.21℃。在施加0~30 MPa的横向压力和0~100℃的温度时,该光子晶体光纤快轴方向上的压力灵敏度为-1.961 GHz/MPa,光纤慢轴方向上的压力灵敏度为1.356 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.105MHz/℃。相较于目前最优结构的光子晶体光纤压力灵敏度提升了-957MHz/MPa。该传感器及解调方法适用于土木结构和大型机械在建造和使用过程中监测其内部所受温度和不同方向压力的变化。

类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊设计与微粒操控

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO_(2)激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5、10μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。

高重复频率飞秒光纤激光技术进展

为解决高重频飞秒光纤激光器基本重复频率较低,输出脉冲宽度较宽等问题,对高重复频率光纤超短脉冲激光器的主要发展方向及面临的瓶颈展开研究。详细阐述了SESAM锁模、NPR锁模、NALM锁模等常用高重复频率飞秒光纤激光器锁模技术及发展现状,并讨论了当前高重复频率飞秒光纤激光领域的难点与科技问题。在此基础上,总结了以下领域的最新研究进展,包括新型高重复频率锁模技术的探索、高重复频率光纤飞秒激光在输出波长方面的拓展,以及超高稳定性高重复频率光纤光梳研究。最后,简述了GHz飞秒光源在光丝激光雷达、光学频率梳以及生物探测等领域的典型应用,并对其前景进行展望。

基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统研究

光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统受到环境干扰,会导致超声检测灵敏度降低。基于单回路反馈的传感系统能够抑制振动干扰,但长时间工作仍会出现工作点漂移。文中首先分析了单回路反馈传感系统工作点漂移的原因,指出了压电陶瓷迟滞效应的影响;其次,搭建了基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统,引入了二次反馈回路以补偿一次反馈回路累积的低频相位调制误差;再次,通过振动干扰下的超声检测试验和GIS局部放电检测试验,证明了双回路反馈传感系统能够长时间保持稳定的超声检测灵敏度;最后,搭建了真型126 kV GIS局部放电检测试验平台,利用双回路反馈传感系统成功检测到了金属颗粒引发的局部放电和跳动声信号,检测到的最小视在放电量为5.2 pC。

光纤光栅温度应力传感教学实验装置

针对目前市场上可直接用于光纤光栅传感实验教学的装置较少,前沿科研技术和本科实验教学相脱节现状,设计了基于光纤光栅的温度应力传感教学装置。该装置包括光纤激光器、光谱仪和上位机控制软件3部分。光纤激光器实现了1 550 nm左右的激光输出,利用光谱仪测量光纤光栅中心波长的改变,并采集数据输入计算机,上位机控制软件用于图形显示和数据存储等。该实验装置操作简单、组装灵活、重复性和稳定性好,可用于本科实验教学。将前沿科学技术引入本科实验教学,促进了科学研究与本科实验教学相融合,实现了科研教学水平的同步提高。

石英光纤近红外波段γ辐照效应实验研究

为提高某光学干涉测量系统的耐辐射能力,开展耐辐射光纤选型实验。以剂量率为0.5 Gy·s^(-1)的稳态γ射线和剂量率为5.0×10^(9) Gy·s^(-1)、脉冲宽度约20 ns的瞬态强γ射线为辐照源,获得掺锗、掺氟耐辐射单模光纤和常规G.652光纤在工作波长1550 nm、注入光功率40 mW工况下的辐射感生损耗,结果表明,实验获得的在线辐射感生损耗数据真实可靠;在稳态γ射线作用下,掺锗和掺氟耐辐射光纤的性能差异不大,辐射感生损耗小于17 dB·km^(-1),随着辐射时间的增加,辐射损耗呈现饱和,耐辐射光纤的性能均优于常规单模G.652通信光纤;在瞬态强γ射线作用下,两个不同型号掺氟光纤的性能最优,辐射感生损耗峰值分别为471.5 dB·km^(-1)和608.6 dB·km^(-1),恢复通信时长约μs量级。掺锗光纤的瞬态辐照性能最差,辐射感生损耗峰值为2691.3 dB·km^(-1),在μs时间尺度维持感生损耗饱和状态。

光纤激光传感器结构发展综述

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理,然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性,并对比了2种传感结构的应用情况和温度灵敏度,最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。