反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小;随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大;当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.     

双圈同轴光纤传感器在润滑油介质中的输出特性

针对双圈同轴式光纤(TCCOF)位移传感器用于滑动轴承油膜厚度检测时,由于传播介质为润滑油,传感器输出特性会受到影响,本文根据折射定律分析了传播介质对光纤最大入射角的影响,考虑传播过程中的光损并利用光场的准高斯分布规律建立了润滑油环境下的传感器数学模型,同时通过仿真计算得到了传播介质不同时的传感器输出特性。在此基础上,搭建了相应的传感器标定实验平台进行验证。结果表明:空气中TCCOF传感器的灵敏度为0.691/mm,润滑油中TCCOF传感器的灵敏度为0.464/mm;TCCOF传感器在润滑油测量环境中可减小光功率不同对传感器特性的影响;TCCOF传感器灵敏度随着反射面曲率半径的增大而增大;由于具有对称结构,当反射面为圆柱面时,TCCOF传感器可减小探头周向安装角度对其输出特性的影响。因此,在利用TCCOF传感器进行油膜厚度检测时,必须在相应润滑油环境下及相应的反射面情况下进行传感器标定。     

薄包层长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

基于薄膜参量变化引起的长周期光纤光栅模式重组机制,系统研究了光纤包层半径变化对长周期光纤光栅薄膜传感器特性的影响.结果表明,在相同薄膜参量下包层半径的减小可有效提高传感器的灵敏度,并增大传感器对薄膜参量变化响应的动态范围,但减小包层半径对传感器的增敏效应随薄膜厚度的增大而减小.通过氢氟酸腐蚀减小包层半径,采用静电自组装法在包层表面镀制PAH/PAA薄膜,镀膜过程中光纤光栅输出的光谱数据证实了理论分析结果.实验结果表明:半径为39μm、膜厚为424nm的长周期光纤光栅薄膜传感器在溶液pH值检测中的灵敏度达3.93nm/pHU,比标准包层时的灵敏度提高了1倍.     

基于薄芯光纤模态干涉技术的折射率 传感特性实验研究

报道了一种具有微结构缺陷的折射率传感器,并对其折射率特性进行了实验研究.将一部分薄芯光纤熔接于标准单模光纤中,由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发并与纤芯模在单模光纤内形成干涉仪.通过减小薄芯光纤的包层直径,以增强包层中的传输模在环境中的倏逝场,从而提高对环境折射率测量的灵敏度.实验表明,该折射率传感器具有损耗低、成本低、灵敏度高和线性度好等特点.     

反射式光纤传感器光纤参量对调制系数的影响

介绍了反射式强度型光纤传感器的光强调制原理,并以最简单的光纤对为基础,仿真研究了光纤参量对光强调制特性的影响规律.给出了这类传感器设计的指导原则.     

高灵敏度光纤应变传感器

提出一种基于锥形光纤和光纤F-P腔组合结构的光纤应变传感器。该传感器包含单模光纤拉锥形成的锥区和石英毛细管构建的F-P腔2个应变敏感区域。理论分析了光波在该传感器中的传播过程,获得了该传感器的光强传输函数。由于锥形光纤中激发出的包层高阶模参与干涉,导致传感器干涉光谱具有调制特性。实验获得了该传感器的干涉光谱,通过分析谐振波长偏移或消光比变化对应变实现独立测量,在0~500 με的测量范围内,该传感器的应变灵敏度为14.6 pm/με。利用锥形光纤引发的模式干涉和F-P腔的双光束干涉效应共同作用形成受调制的干涉谱型进行应变传感,应变灵敏度高,同时具备2种独立的应变检测手段(谐振波长和消光比检测)。     

单模与多模光纤级联型压力传感器

研制了一种基于单模光纤与多模光纤级联结构的马赫-曾德尔干涉型压力传感器,它通过将一段单模光纤夹熔在两段多模光纤之间制成.利用纤芯的不匹配所激发的单模光纤中纤芯模和包层模之间的干涉,使外界压力的变化直接作用于单模光纤内部光场,获得较高灵敏度.当传感器总长度为39mm时,可获得较为理想的传输谱线.压力传感实验表明:随着压力的增大,传输光谱向长波方向漂移,在2~16N的压力范围内,传感器的压力灵敏度为554.830pm/N,线性度为0.984,具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高等优点,可用于不同领域的压力传感.     

基于U型弯曲光纤模间干涉的折射率传感

研究了去包层U型弯曲光纤的折射率传感特性.首先根据模间干涉理论,分析了U型光纤传感器的传感原理,指出干涉谱损耗峰波长与环境折射率和弯曲半径有关.利用单模光纤(SM-28)实验制作不同曲率半径的U型光纤传感器,把传感器的U型部分浸入不同折射率的液体中,研究其折射率传感特性.当U型光纤曲率半径为2.5~5.0mm时,传输光谱中均能观察到明显的模间干涉现象;当液体折射率从1.30RIU变到1.43RIU时,光谱损耗峰波长发生红移,且弯曲半径越大,折射率传感灵敏度越高;在曲率半径为5mm时灵敏度为207nm/RIU(折射率1.30~1.40RIU)和1 220nm/RIU(折射率1.40~1.42RIU).干涉峰的波形参量(半高宽、对比度)决定于包层模和纤芯导模之间的比例,当曲率半径为4mm时,损耗峰半高宽最小达3.2nm.综合半高宽和灵敏度两个参量,得出曲率半径4.5mm的U型光纤传感器品质因素最高,分别为43.1RIU-1(折射率1.30~1.40RIU)和191.2RIU-1(折射率1.40~1.42RIU),可直接由SM-28单模光纤制成,且制作工艺简单、成本低、机械强度高不需要任何特殊处理,具有很好的应用前景.     

燃气轮机叶片叶尖间隙光纤测量系统设计

燃气轮机转子叶尖间隙对发动机性能有重要影响,为实现其精密测量,首先,根据光纤对光强耦合原理得到了双圈同轴光纤束的光强调制特性函数;接着,分析了倾角变化对反射式光纤位移传感器测量特性的影响;然后,完成了间隙测量系统设计;最后,通过静态测量实验和不同转速下的动态测量实验验证了所设计系统的性能;实验结果表明:所设计传感器线性测量范围为2 mm,测量系统动态性能较好。     

基于薄芯光纤模态干涉技术的折射率传感特性实验研究

报道了一种具有微结构缺陷的折射率传感器,并对其折射率特性进行了实验研究.将一部分薄芯光纤熔接于标准单模光纤中,由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发并与纤芯模在单模光纤内形成干涉仪.通过减小薄芯光纤的包层直径,以增强包层中的传输模在环境中的倏逝场,从而提高对环境折射率测量的灵敏度.实验表明,该折射...     

170 GHz缓变截面开放式谐振腔传播特性模拟

在数值计算方法的基础上,编程模拟了高次模式TE31,12模在传统及改进型开放式缓变截面谐振腔的传播特性,计算了开放式缓变截面谐振腔的绕射品质因数,研究了改进型缓变截面谐振腔连接段的曲率半径对绕射品质因数的影响。结果表明,连接段曲率半径越大,绕射品质因数值越小。为了证明结论的正确性,利用仿真软件HFSS对另一工作于低次模TE0,1模的改进型缓变截面谐振腔进行仿真计算,并和编程计算结果比较,也得到了同样的结论。     

光纤F-P腔反射面的形变与传感应用研究

建立了反射端面为弧形形变的光纤F P传感腔数学模型.将弧形形变的F P腔等效为阶梯分布的、环状、平行端面F P腔体的组合,结合多光束干涉理论,利用光强叠加处理方法对弧形腔输出光强进行数学建模.依所建模型仿真,提出弧形端面曲率大于300 μm时,利用弧形形变特性进行传感测量的可行性.选取腔长变动大、形变弧度小,平衡状态稳定性高的形变端面保证传感腔的高灵敏度和稳定的工作点.     

粗糙热传导表面下激光介质的热效应

在考虑激光介质与热沉不完全接触导热的情况下,用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场,研究了其热效应.表面附近相位差存在起伏且深入一定深度使热效应复杂化.随抽运功率的增大,表面附近相位差的起伏增强,而起伏深度变化不明显;接触面积增大,相位差起伏减小,起伏的深度有所减小.抽运功率较小时,热致衍射损耗随抽运功率的增大近似线性增大,高斯光半径越大,增大的斜率越大,当抽运功率增加到一定程度时,热致衍射损耗增大的趋势减缓,半径大的减缓较明显.在抽运光功率变化范围内,半径大的高斯光热致衍射损耗大于半径小的.高斯光半径较小时,接触面积对热致衍射损耗的影响不明显,当高斯光半径较大时,接触面积减小热致衍射损耗增大.     

基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪的研究

研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪,进行了液位和曲率的测量实验,利用错位结构将纤芯模式激发到包层,包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感,导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系,利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中,在水位变化范围为1.00～5.00 cm时,波谷向短波方向漂移,灵敏度最高为-0.68 nm·cm-1,线性拟合度为0.995 4。在曲率实验中,曲率的变化范围为0.3～1.2 m-1时,波谷向长波方向漂移,灵敏度最高为22.47 nm·m,线性拟合度为0.986 4,表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪,用普通的光纤熔接机和普通单模光纤即可熔接,结构和制作方法简单,灵敏度高,尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。     

用于液压传感的双芯光子晶体光纤

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化,得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤,可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致,在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026 dB,低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1 dB的直接熔接损耗.对基于20 cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究,结果表明在0～500 MPa量程内的灵敏度为-1.6 pm/MPa.     

Fiber optic evanescent field absorption sensor: Effect of fiber parameters and geometry of the probe

A comparative experimental study of the fiber-optic evanescent field absorption sensor based on straight and U-shaped probes is presented. The effects of numerical aperture and the core radius of the fiber on the sensitivity of the sensor are experimentally investigated. Increase in the numerical aperture of the fiber increases the sensitivity of the sensor in the case of both the probes. The effect of core radius on the sensitivity depends on the bending radius of the probe. In the case of straight probe (i.e. infinite bending radius) the fiber with smaller core radius has high sensitivity while in the case of U-shaped probe with 0.17 cm bending radius, the fiber with larger core radius has high sensitivity. Thus, which fiber (with small or large core radius) has maximum sensitivity depends on the bending radius of the probe. For a given fiber, decrease in the bending radius increases the sensitivity of the U-shaped probe. An inverse power law relationship between the bending radius and the evanescent absorbance and hence the sensitivity is established.     

Multiple Diodes Quasi-Optical Oscillater

This paper presents quasi-optics techniques, millimeter techniques and a global optimization method etc techniques. It is a structure of quasi-optics power combiner, that includes a spherical reflection, that the radius of the curvature is R and another one is a hybrid reflector that is called input reflector. The space of the both reflectors is LL. The monolithic source-array is made up of 25 Gunn diodes that are mounted of parallel brass bars that have low thermal resistance. And the bars are fixed on the inner plane surface of the hybrid reflector. The hybrid reflector made up of a plane and a spherical, that the radius of the curvature are R. It is designed that higher fundamental mode power, larger fractional power of fundamental mode power and more combining efficiency of the quasi-optics power combiner.This paper describes an algorithm, which can determine the global optima of the power combiner of solid-state millimeter wave resonator. The global optimization method can determine a neighborhood of the global optima of an objective function and an estimation of the global optima. In the quasi-optical resonator, the objective functions are the fundamental mode power, the fractional power of fundamental mode and the combining efficiency respectively.     

少模光纤的弯曲损耗研究

随着光纤通信容量的不断增加, 基于少模光纤的模分复用技术由于其多信道复用、 高频谱效率及低非线性效应成为目前提高光纤通信容量的研究热点. 本文推导得到了适用于少模光纤中高阶模式弯曲损耗的计算公式, 系统研究了下陷层辅助弯曲不敏感抛物线型少模光纤的主要参数(包括芯层半径、芯层到下陷层距离、下陷层宽度及下陷层折射率差)对其弯曲损耗特性的影响. 研究表明: 对于少模光纤, 模式阶数越高, 光纤的弯曲敏感性越高; 随纤芯与下陷层间距离的变化, 光纤各阶模式的弯曲损耗均存在一个最小值. 本文结论对弯曲不敏感少模光纤的设计、制造及少模光纤弯曲性能优化具有指导意义.     

Tilted fiber Bragg grating sensors

Optical fiber gratings have developed into a mature technology with a wide range of applications in various areas, including physical sensing for temperature, strain, acoustic waves and pressure. All of these applications rely on the perturbation of the period or refractive index of a grating inscribed in the fiber core as a transducing mechanism between a quantity to be measured and the optical spectral response of the fiber grating. This paper presents a relatively recent variant of the fiber grating concept, whereby a small tilt of the grating fringes causes coupling of the optical power from the core mode into a multitude of cladding modes, each with its own wavevector and mode field shape. The main consequence of doing so is that the differential response of the modes can then be used to multiply the sensing modalities available for a single fiber grating and also to increase the sensor resolution by taking advantage of the large amount of data available. In particular, the temperature cross‐sensitivity and power source fluctuation noise inherent in all fiber grating designs can be completely eliminated by referencing all the spectral measurements to the wavelength and power level of the core mode back‐reflection. The mode resonances have a quality factor of 10⁵, and they can be observed in reflection or transmission. A thorough review of experimental and theoretical results will show that tilted fiber Bragg gratings can be used for high resolution refractometry, surface plasmon resonance applications, and multiparameter physical sensing (strain, vibration, curvature, and temperature).     

束参量对X射线照射量的影响

用蒙特卡洛方法来讨论束参量（半径、发射度和能量)对轫致辐射照射量的影响．结果表明，当束击靶半径一定时，靶正前方一米处的照射量X1随发射度增加而减小；当发射度一定时，照射量先随半径增加而急速增加，在束半径大于Rbm后，随半径进一步的增加而缓慢降低．也研究了束参量对照射量角分布的影响．因为使用了电子束的K—V分布，所得X1值是偏于保守的．