光纤光栅传感技术研究现状及发展前景

在分析光纤光栅传感技术独特优势的基础上,介绍了近年来国外学者对各种光纤光栅解调方案的探索;对光纤光栅分布式传感系统的设计和优化;对倾角、扭矩、流速等传感器的研制;综述了国外光纤光栅传感器在航空航天、建筑物、桥梁等大型结构的健康监测方面以及在能源化工等领域的主要应用实例。最后,讨论了光纤光栅传感器在进一步实用化、商品化过程中面临的困难和需要解决的关键问题,并对其应用前景做了展望。

内燃机气缸套磨损寿命预测方法研究

气缸套的非均匀过度磨损是确定内燃机寿命的主要依据。研究探讨了气缸套磨损与气缸漏气机理,以及气缸漏气与气缸压力之间的数学关系。建立了预测内燃机气缸套磨损寿命的预测模型。编制了预测发动机剩余寿命的计算机软件。采用所设计的测量系统对内燃机气缸压力测量就可预测出发动机寿命。对100台柴油机的测量后分析表明该方法是可行的。

具有转动不变性模式识别能力的三层光学神经网络模型

本文提出一种适于光学实现的三层神经网络模型,该模型具有对多目标转动不变的模式识别能力.该模型被用于对四种飞行器的平面内旋转识别.计算机仿真表明,该模型对样本模式、非样本模式以及有局部遮挡时,皆有良好的联想识别能力.

差分干涉表面等离子体共振传感器的优化与验证

分析了影响相位调制的表面等离子体共振(SPR)传感器灵敏度及动态范围的各种因素。搭建了差分干涉SPR相位检测系统,使用matlab软件模拟了若干因素对该类传感器的灵敏度和动态范围的影响,并使用3种厚度的金膜进行了实验验证,同时实时测量了牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程。结果显示,入射角度对于灵敏度和动态范围没有影响,而入射光波长、所选金属的介电常数和金膜厚度这3个因素是起作用的。这3个因素中,金膜厚度是比较重要且最易调节的一个。选定金膜后,通过调节入射角和反应物浓度,将抗原抗体反应导致的相位变化限制在系统的线性范围内进行了实时检测。结果表明,对于波长为633nm的光源,在测量牛血清白蛋白与其抗体之间的反应过程中,兼顾灵敏度和动态范围的最优金膜厚度为48nm,此时动态范围为0.013 6RIU,灵敏度为6.67×10-7 RIU/0.01°。

温度不敏感光纤光栅压强传感器

提出了一种新颖的高灵敏度温度不敏感光纤光栅压强传感器。该传感器主要由开口环传感机构和铝箔管组成,根据光纤布拉格光栅带宽调谐原理,首次采用开口环机构和利用带宽编码技术,实现了温度不敏感压强感测。实验结果表明:该传感器在低压范围内具有很高的压强传感灵敏度系数,可达2.50×103nm/M Pa,实验结果与理论分析基本相符。通过选择不同材料的开口环和铝箔管的材料以及改变其结构参数,可灵活设计并调节压强传感灵敏度系数及压强感测范围。

脉冲时间对AFM阳极诱导氧化加工的影响

通过改变AFM阳极诱导氧化加工点结构时的偏压和脉冲时间,发现氧化点高度和宽度与所施加偏压呈对数关系,并且发现氧化点高度与宽度与脉冲时间呈指数关系．同时,在环境温度和氧气浓度保持不变的条件下通过改变加工中的相对大气湿度,研究了大气湿度对所加工氧化点结构的高度和宽度的影响,即氧化点的高度和宽度都随着相对湿度的增加而增加。通过实验,发现扫描速率为1μm／s、所施加偏压为7 V、脉冲时间为1 s、相对湿度为40％左右时所加工结构较为理想．

长距离光纤传感系统消光比动态调谐方法

光纤干涉仪的消光比在很大程度上决定了干涉型光纤传感系统的灵敏度。文章从理论上分析了基于干涉结构的分布式光纤振动传感系统的消光比影响因素,指出偏振态是影响系统消光比的主要原因。在此基础上,设计并实现了一种性价比极高的在线偏振调节器。通过对偏振态的调节,实现了长距离分布式光纤振动传感系统消光比的动态均衡。

宽自由光谱区平面扫描干涉仪

本文描述了用平面扫描干涉仪测量半导体激光光谱的一种新方法。

隧道结TiO_x线宽度对隧穿现象的影响

在新型超高速光导开关的研究中,采用AFM阳极氧化加工方法,加工利用磁控溅射方法在GaAs衬底得到的厚约3nm的钛膜,形成纳米级氧化钛线.该Ti-TiOx-Ti形成MIM隧道结作为光导开关的基本结构,并且TiOx作为电子的能量势垒.为说明氧化线的宽度对隧穿现象的影响,确定加工超高速光导开关时不引起隧穿的最窄线宽及其实验条件,通过控制空气中的相对湿度,在加工速度、氧气浓度和偏置电压不变的条件下,加工出宽度分别为15·6,34·2和46·9nm的钛氧化线,测试了不同宽度氧化线隧道结的I-V特性.结果表明,在两电极的偏压为6V时不引起隧穿的前提下,可以在超高速光导开关两电极间加工最小宽度大约为10nm的氧化钛线.

检测Doppler-free红外激光光声信号的两种方法

讨论了检测Doppler-free红外激光光声信号的和频方法和差频方法,发现在用相同斩波叶片情况下,几乎对所有的斩波孔数比F_2/F_1差频方法在减少组合频率干扰、提高信噪比方面都好于或等于和频方法.

基于Fabry-Perot模型设计亚波长金属狭缝阵列光学异常透射折射率传感器

研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性.采用严格的全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱.建立了Fabry-Perot半解析模型,能够精确预言全矢量方法的计算结果.基于该模型给出的共振条件,提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时,透射峰能达到最尖锐的状态,给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法.设计得到的透过率谱峰值半高宽δλ可达0.01 nm,对应的溶液折射率测量不确定度δn_s达到2×10^(-6)RIU.系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度,δλ,δn_s,峰值透过率等的影响.

基于光纤光栅的高灵敏度流速传感器

利用光纤光栅压强传感机构和汾丘里管设计了一种基于光纤光栅的流速传感器，并推导了光纤光栅中心波长漂移量与流速的关系式。实验表明，该传感器具有较高的灵敏度，稳定性较好，光纤光栅的中心波长随流速的增加而不断向短波方向漂移，而带宽几乎没有变化，实验和理论符合得较好。该流速传感器的动态感测范围为51．0～148．2mm／s，在该范围内，至少可感测到0．3mm／s的流速变化，这是目前所报道的最优值。优化光纤光栅压强传感机构及汾丘里管的参量，可测量其它速度段的流速，并可进一步提高传感灵敏度。

基于马赫-曾德尔结构的相差表面等离子体共振传感器

研究了一种基于马赫-曾德尔结构的相差表面等离子体共振(SPR)传感器系统。和传统的相位型SPR传感系统相比,该系统采用了p偏振光与s偏振光各自干涉后再相位相减来提取样品折射率信息的方法,从而显著降低了环境噪声的影响,提高了分辨率。系统最小可区分0.01°的相差,对应的分辨率为10-5 RIU(折射率单位)。应用此系统进行了生物大分子结合反应的测量,分辨率可达每平方微米160个IgG分子。研究结果为表面等离子体共振传感器在生物医学的应用提供了一定的参考。

亚波长单金属槽电磁场增强分析

针对金属微纳结构在表面增强拉曼光谱领域的应用,研究了金属基底亚波长单槽结构产生的电磁场增强。采用全矢量方法严格计算了平面波照明下金属槽外部区域电磁场的分布情况。建立了法布里-珀罗(F-P)半解析模型,该模型能够精确预言全矢量方法的计算结果,能够节省设计最优槽深的计算量。基于该模型分析了金属槽外部区域电场增强的物理机制,结果表明达到相长叠加共振状态的金属槽内基模在槽外空间中激励的透射电场是金属槽外空间中电场增强的主要来源。研究了槽外空间电场增强的范围,结果表明对于不同的槽宽和入射波长,在垂直距离槽口0.1倍波长的范围内电场增强较为明显,在该范围之外,电场增强因子迅速衰减到1的数量级。

人眼高阶像差对正常近视眼调制传递函数影响的初步分析

目的 借助光学手段,分析不同高阶像差影响下近视患者调制传递函数（MTF）的变化,找出影响人眼光学质量的主要像差因素.方法 应用Hartmann-Shack原理的波阵面像差仪对255例（255眼）近视散光患者在不同直径瞳孔和不同空间频率下进行波阵面像差测量,应用光学常规数理统计方法分别进行MTF值计算和分析.应用配对t检验分析正常近视眼去除不同Zernike主要项C3^-3～C3^3和C40及不同阶S3、S4、S5、S6等之后的MTF值与总高阶像差MTF值的差异.结果 无论是3 mm还是6 mm直径瞳孔,分别去除上述各Zernike项后各空间频率（5～60 c/d）下的MTF值均有相应提高,差异均具有统计学意义（P均＜0.01）.其中,3 mm瞳孔下,C3^-1和C3^-3的影响最大,C31和C3^3次之,C40的影响最小;6mm瞳孔下,C40的影响最大,C3^-1和C3^-3次之,G3^1和C3^3影响最小.3 mm瞳孔下,除了去除S5、S6对MTF值影响不明显外,去除S3、S4后各空间频率下的MTF值均有相应提高（P均＜0.01）;其中,S3对MTF值的影响最大.6 mm瞳孔下,去除各阶像差后MTF值均有提高（P均＜0.01）;其中,在20 c/d及以下空间频率,S3的影响最大,从25 c/d开始,其与S4的差异无统计学意义（P＞0.05）.随着空间频率的增加,3 mm瞳孔下的MTF值呈匀速降低;6 mm瞳孔下,空间频率为30 c/d及以下时,MTF值急剧下降,空间频率大于30 c/d时,MTF值变化趋于平稳.结论 ①不论大、小瞳孔下,C3^-3～C3^3和C40等高阶像差均可降低各空间频率下的MTF值.②小瞳孔下G3^-1、C3^1及S3对各个空间频率的MTF值影响较大;大瞳孔下C40对各空间频率的MTF值影响较明显;S3对20 c/d及以下空间频率的 MTF值影响较大,从25 c/d空间频率开始,S3和S4对MTF值的影响基本一致.即不同直径瞳孔下和不同空间频率下,高阶像差对人眼光学质量的影响不同.