光纤包层模受抑全内反射传感机制及液位探头设计

分析和阐释了POF光纤的包层模受抑全内反射(CMFTIR)效应及其传感机制。提出利用光纤宏弯导致模场畸变从而激发光纤包层模式的方法获得显著的CMFTIR效应并利用其实现液位传感。实验表明CMFTIR效应相对微弱,极易淹没于强背景噪声中,为此通过噪声分析提出利用宏弯耦合获得暗场信号以进一步提升信噪比。设计了双绞宏弯耦合型液位探头及其封装结构。实验结果表明,暗场耦合信号具有明显的信噪比优势,实现传感器液位区分度大于3.7 d B。相较于同类液位探头,该传感器鲁棒性好,制作更加简单且成本更为低廉。

POF在RoF系统中的应用

近年来塑料光纤(POF)作为短距离高速通信中石英光纤的替代品越来越受到人们的关注,尤其是RoF技术的成熟和发展给塑料光纤带来了很大的市场发展空间。本文介绍塑料光纤的发展及RoF系统,主要分析塑料光纤在RoF系统中的应用发展。

基于光纤照明技术的新型矿灯的设计及实现

针对目前传统矿灯设计上不可避免的安全缺陷,本文提出一种基于光纤照明技术的新型矿灯——光纤-LED矿灯并给出了其原理样灯。论文描述了传统矿灯的不足和本设计的总体结构;设计了矿灯的驱动电路、充电电路、控制电路、LED与光纤的耦合装置及灯具二次配光系统;并利用光学模拟软件TracePro,对矿灯中光耦合装置及灯头配光系统进行了模拟仿真;论文总结了本设计的创新之处和优势及其应用前景。

基于塑料光纤的智能交通移动边缘计算通信系统设计

针对传统智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)的计算能力和通信能力无法满足其强实时性、高可靠性的需求问题,且边缘计算(Edge Computing,EC)技术是解决强实时性和高可靠性最有效的技术途径,设计研发了一套基于塑料光纤(Plastic Optical Fiber,POF)的智能交通EC短距离(小于100m)通信系统。该系统采用POF作为主要通信介质,并根据通信系统的需求,设计开发了POF的光纤网络单元(Optical Network Unit,ONU)与各类介质转换器,实现了POF与RS485、100Mb/s以太网等标准协议接口相连。系统实现与应用表明:POF比较适用于短距离通信系统,该系统具有传输速率快、带宽高、不受电磁干扰、弯曲半径小、弯曲柔韧性与实时性较好、成本低、可靠性高、现场部署操作方便、不易折断等优势,因而,所设计系统具有较好的参考与应用价值。

埋入式塑料光纤与混凝土间的应变传递分析

推导埋入式塑料光纤(POF)—混凝土复合体中各相材料间的应变传递模型,并通过有限元数值仿真验证模型的正确性.基于该模型对主要参数进行敏感性分析,分别分析塑料光纤涂覆层的弹性模量、厚度,纤芯弹性模量以及埋设长度对应变传递率的影响.数值仿真计算结果与理论分析基本一致,塑料光纤埋设段中间大部分区域的应变传递率接近于1,说明混凝土内部的应变可有效传递至塑料光纤纤芯.敏感性分析表明,使涂覆层厚度小于0.5 mm,弹性模量大于100 MPa,埋设长度大于300 mm,有利于埋入式塑料光纤与混凝土之间的应变传递.

塑料光纤在裂缝监测中应用的可行性研究

针对普通石英光纤断裂应变较小在实际工程应用中易发生断裂的问题,本文提出在结构裂缝监测工作中运用塑料光纤(POF)代替普通石英光纤,设计了由光源、POF及光功率计组成的塑料光纤裂缝传感装置,并通过裂缝模拟装置对纤芯直径分别为0.25mm及0.5mm的POF在裂缝监测中应用的可行性进行了验证。实验结果表明,裂缝开度为0到6mm范围内,两种型号POF内部光的强度随裂缝扩展呈现逐渐减弱的变化,裂缝开展初期光强度变化明显,当裂缝宽度趋近于6mm时变化逐渐减弱,符合理论规律,且光纤直径较大时光强度变化更明显。因此POF可以有效感知裂缝的扩展,且光纤直径较大时对裂缝感知更敏感,将其应用在结构裂缝监测工作中是可行性的。

用于塑料光纤通信的Si基单片集成光接收芯片的研制

设计并用低成本的0.5μm BCD(biplor,CMOS and DMOS)工艺实现了用于650nm塑料光纤(POF)通信的Si基单片集成光接收芯片,其中包含了与标准工艺兼容的大面积的叉指状的PIN结构的光电探测器(PD)、跨阻放大器(TIA)以及后端放大器(PA)。采用NI公司的图形化编程软件LabVIEW和硬件PXI并结合光学调整平台的测试方案对流片后的光接收芯片进行测试,结果表明,PD的暗电流为pA量级,响应度为0.25A/W,电容为4.4pF;对650nm的入射光,在180Mbit/s速率的伪随机二进制序列(PRBS)以及小于10-9的误码率(BER)条件下,测得光接收芯片的灵敏度为-14.6dBm,并能得到清晰的眼图,包括200μm×200μm的PD在内总的芯片面积0.9mm2,5V的电源下功耗为60mW。

聚合物光纤损耗及光谱特性的测量分析

聚合物光纤（POFs）的参数直接反映了POFs的特性，为了更好地了解POFs的性能，探索POFs的测量方法，对POFs的传输损耗光潜特性进行了理论和实验研究。分析了POFs的传输损耗特性以及与波长的相关性，利用剪断法和光谱分析法对POFs的传输损耗和光谱特性进行测定，最后测得在550～670nm波长范围内聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）阶跃型POFs的传输损耗光谱特性。结果娃示，PMMA阶跃型POFs在510～580nm和650nm的波长范围内有较低的损耗。

一种基于塑料光纤的计算机网络的研制与开发

提出一种基于塑料光纤(POF)传输媒质的计算机网络。该网络由个人计算机、光发射/接收单元和650nm的POF组成,光发射/接收模块用Agilent公司生产的HFBR-1505/2505A。为满足数字光纤通信系统对线路编码的要求,采用传号反转码并由光收发单元实现码型变换。研究结果表明,该网络具有高带宽、高可靠性的特点。通过编写的VisualC++网络语音电话程序,验证了该方案的有效性和可行性。

端发光聚合物光纤在照明装饰上的应用

聚合物光纤POF在室内照明、工艺品和光纤吊顶的装饰照明的应用,可营造迷离、朦胧、宁静、温馨等照明氛围,是一种能改善人们心情的照明方式;POF在室外照明装饰、建筑照明装饰的应用,具有明显的照明节能效应,并能产生特殊的视觉照明效果,是值得推广的照明方式;POF在展示照明、仪器仪表照明、医用照明的应用,扩展了POF的照明应用领域。POF在照明中的应用改善了传统的照明形式,为现代照明技术增添了新的内涵。

微/纳米塑料光纤的制备及其折射率传感特性研究

用热熔拉制法,直接将商用塑料光纤(POF)制成了微/纳米光纤(MNF)和光纤耦合器。对宏弯曲结构的塑料MNF的折射率传感特性进行了研究和分析。结果显示,宏弯曲的塑料MNF对于较低折射率液体的折射率变化更为敏感;宏弯曲曲率半径较大的塑料MNF具有更高的折射率传感灵敏度,并且在一定的宏弯曲曲率状态下,越细的塑料MNF其折射率传感的灵敏度越高。在光纤直径为25μm、折射率范围为1.332～1.391和输入光源波长为635nm的条件下,折射率测量的最高分辨率为7.96×10-5。由这种宏弯曲结构塑料MNF构成的折射率计可以在生物和化学等传感领域中得到应用。

标准CMOS工艺下高速集成大光敏面光电探测器芯片的研制

为提高大纤芯(1 mm)塑料(POF)光纤通信用的单片集成光接收机(OEIC)的速率并降低成本,对Si基大光敏面光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路进行了研究。首先,基于标准CMOS工艺流程对N+/N-well/p-sub PD结构进行建模和优化设计,对其光谱响应曲线和频率特性曲线进行了仿真;其次,建立PD等效电路模型,结合设计的后续放大电路进行协同设计与仿真;最后,采用0.5μm CMOS工艺对单个面积为200μm×200μm的PD以及后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。实验结果表明,在-2.5V偏压下和650nm波长入射光,N+/Nwell/p-sub PD的响应度约有0.12 A/W,暗电流约为-9pA;单片光接收机在小于10-9的误码率BER条件下,灵敏度为-23dBm,并得到250 Mbit/s速率的清晰眼图。