微光像增强器用核心材料的发展现状与展望

微光像增强器是微光夜视技术的核心器件,决定了整机的视距、清晰度、使用寿命等关键性能。详细分析了光纤面板、倒像器、纤维光锥、微通道板等微光像增强器核心材料的原理、特性及发展趋势,展望了微光夜视技术的发展方向。     

大口径光纤倒像器制备工艺研究

光纤倒像器是微光夜视仪的核心元件,大口径光纤倒像器可实现宽视场、大视野、远视距的探测,但现有的扭转成型工艺无法制备出合格产品,采用旋转差速扭转成型工艺和双内炉加热设计相结合的工艺,最终制备出性能指标符合要求的大口径光纤导像器产品。测试结果显示,扭转区域的角度集中量减少为5.98 °/mm,对大口径光纤倒像器的边缘分辨率改善效果明显。     

大数值孔径多组分玻璃柔性光纤的制备及影响因素分析

大数值孔径多组分玻璃柔性光纤在医用光纤内窥镜中具有广阔的应用前景.采用La2O3 -Nb2O5 -SiO2-B2O3-RO玻璃系统作纤芯,用自制相匹配的低折射率玻璃材料作包层拉制的柔性光纤的数值孔径为0.8725,光的接受角为122°,扩大了医用光纤内窥镜的观察范围,满足了医疗仪器观察诊断的特殊需要.给出了La2O3 ...     

纤维光学讲座 第三讲 纤维光学元件的测试

一般地说,我们要求纤维光学元件在光学性能方面数值孔径大,透光性能好,分辨率高,对比度好。本讲以光学纤维面板(以下简称为面板)为例来讨论它的几个主要特性的测量原理和一般测量方法。一、面板数值孔径的测量面板的数值孔径是表明它集光能力大小的一个基本参数。理论上面板的数值孔径可根据公式NA=(n_1~2-n_2~2)~(1/2)计算得到,式中n_1为芯玻璃折射率,n_2为涂层玻璃折射率。实际上,由于控制纤维的过程中芯玻璃和涂层玻璃互相渗透,在两者间形成一个过渡层,过渡层中的玻璃折射率不等于n_1,也不等于n_2,因此使数值孔     

线列光纤传像束对比度传递函数研究

宽视场成像光谱仪采用线列光纤束进行视场折叠以改进其性能.作为一种特殊的光学元件,线列光纤除了具有传像功能外,还具有离散采样特性,这需要采用新方法评价其成像性能.以对比度传递函数的定义为基础,推导出线列光纤束的对比度传递函数解析表达式,据此研究了线列光纤传像束对比度传递函数的特性.结果表明,在极其靠近Nyquist频率及...     

一种显著提高三代像增强器信噪比的微通道板

鉴于离子阻挡膜保证了三代像增强器的工作寿命，但增加了微通道板和三代像增强器的噪声因子，降低了三代像增强器的信噪比，削弱了NEA光阴极的优势，提出一种最新研制的微通道板。它优化了玻璃成份，提高了玻璃的工作温度，同时还改善了通道内壁工作面结构，且开口面积比达到65%～70%。通过三代像增强器制管试验证实，这种高性能微通道板具有低噪声因子特性，与标准MCP相比，可显著提高三代管的信噪比。最后指出通过进一步试验和改进，实现更高信噪比长寿命无膜三代像增强器的可能性。     

光纤传光束敛集率及其填充率的计算

采用二种方式推算了光纤采用六边形排列配用圆形端套光纤传光束的理论敛集率,其值为90.69%,这一值同光纤采用六边形排列配用长方形端套的传光束理论敛集率一致.而单根粗直径聚合物光纤和液芯光纤配用圆形端套制作的光纤传光束,其敛集率为100%,在可见光或紫外光范围内,选用单根粗直径聚合物光纤或液芯光纤传光束具有更多的优势.分析了皮层的厚度对光纤传光束或传像束填充率的影响,当光纤半径低于250 μm时,皮层厚度对细直径光纤传光束或传像束填充率影响明显,而当光纤半径大于等于500 μm,皮层厚度的影响相对较小.     

基于一代像增强器的高分辨率X射线相机

为了实现在较低剂量下获得较高的分辨率,研制了一款价格低廉的X射线CCD相机。该相机使用硫氧化钆作为转换屏、经一代像增强器增强后的图像通过光锥耦合到CCD相机上;为了提高系统的光传输效率,提出了将像增强器输出直面板或倒像器直接更换成光锥,其小端直接同CCD相机耦合的方案;通过灰度分析计算对比度曲线,拟合得出系统的本征空间分辨率为13 Lp/mm;通过拍摄实际景物,可以清晰地看到其内部的细节,显示出比较好的图像质量。     

高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤模式特性的仿真研究

在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。     

微通道板防离子反馈膜阈值电压特性研究

微通道板(Microchannel-plate,MCP)防离子反馈膜是负电子亲和势光电阴极微光像增强器的特有标志,其主要作用是有效阻止反馈正离子轰击阴极以提高器件工作寿命。微通道板防离子反馈膜的厚度决定了其对电子透过、离子阻挡能力的大小,电子透过能力直接影响图像的对比度和信噪比。根据微通道板防离子反馈膜阈值电压定义和测试原理,对微通道板不同厚度防离子反馈膜、不同工作电压条件下的阈值电压特性进行了测试研究。结果表明:防离子反馈膜的阈值电压随着膜层厚度的增加而增加,两者之间遵循正比的线性关系:Y=3.98X+50;在微通道板线性工作电压范围内,防离子反馈膜的阈值电压随微通道板工作电压的增加而降低,两者之间遵循反比关系。该研究对提高微通道板在负电子亲和势光电阴极微光像增强器中的使用性能具有重要意义。     

光纤倒像器的透过率

本文论述光纤倒像器中扭转光学纤维和尺寸及其特别的传光性能。用定性和定量的方法,分析影响光纤倒像器透过率的若干因素,给出透过率随径向位置和孔径角的变化关系。提出在制造、应用和测试这种光学元件时应该注意的有关问题。     

Average modulation transfer function of line-array fiber-optic image bundles

The image quality evaluation in fiber-optic image bundles was addressed by the modulation transfer function(MTF).With the definition of the contrast transfer function(CTF),the MTF model of line-array fiber-optic image bundles was established and analyzed numerically.The average MTF was carefully evaluated by considering the influence of phase match on the MTF between input pattern and fiber-optic image bundles.In this paper,the average MTF is mean arithmetical value on the MTFs of eight different phases.The results show that,for certain fiber diameter and spatial frequency,the relationship between the core diameter and the average MTF is inverse proportion; for certain fiber cladding thickness,the relationship between the core diameter and the average MTF is also inverse proportion.And at Nyquist frequency,the MTF value is near 0.5.     

超细低水峰抗弯损光纤的设计及制作

采用全合成预制棒制造法（VAD＋OVD）和改进的G.652.D光纤拉制法制造光纤.研究了工艺中光纤芯径的大小、第一包层的厚度、芯包折射率差、芯包比等参量与光纤弯曲性能的关系,并据此制作了几种超细低水峰抗弯损光纤.该光纤的裸光纤直径约80 μm,涂覆后成品光纤直径约140 μm,当弯曲半径不小于7.5 mm时,能够在1 260～1 625 nm整个波段内满足DWMD的传输要求.     

光纤倒像器调制传递函数测试结果的加权修正

狭缝式调制传递函数测试系统可以测试光纤倒像器的调制传递函数,但由于测试过程中较多的人工参与,使得调制传递函数测试结果的重复性较差。针对影响光纤倒像器调制传递函数测试重复性的数据采样、积分时间以及人眼疲劳特性进行了分析,给出了针对数据采样和积分时间的解决方法,针对人眼疲劳特性提出了基于人眼时间递增因子的加权修正方法。对6块光纤倒像器的调制传递函数进行了三批次测试,并对测试结果进行了直接校正和加权修正的比较,结果表明:加权修正较好地解决了测试重复性问题,被测6块光纤倒像器加权修正后的调制传递函数最大重复性偏差不超过7%。     

Widely tunable long-period fiber grating with nm-thick higher refractive index film overlay

By introducing a four-layer step-index waveguide modeling, the characteristics of long-period fiber grating (LPFG) with an nm-thick film overlay, which has higher refractive index than that of fiber cladding are investigated in detail. The influence of both the overlay thickness and refractive index on the tuning ability of LPFG is analyzed. The numerical results demonstrate that spectral response of LPFG is divided into three distinct regions as the overlay deposition increases and the shift of resonant wavelength is drastic in some special thickness range. In conjunction with higher-order cladding mode coupling and fiber cladding etching, the sensitivity of LPFG to the overlay refractive index is enhanced significantly and over 120 nm resonant wavelength tunable range is achieved.     

石英基掺Yb3+光纤中Al3+共掺特性的研究

基于实验测试结果分析了用于大功率光纤激光器的石英基包层抽运掺Yb³⁺光纤中Al³⁺共掺的特性.揭示出在高掺Yb³⁺的石英基光纤中,共掺Al³⁺的摩尔浓度为Yb³⁺摩尔浓度的9—11倍时既可以减小Yb³⁺的浓度猝灭概率,又可以获得高吸收系数,同时还可更好地满足数值孔径的要求的结论.在此基础上利用MCVD设备并结合湿法掺杂工艺制作出多根石英基掺Yb³⁺光纤预制棒,对拉丝后光纤的相关参数测试表明,通过精确控制疏松层的沉积温度,掺Yb³⁺光纤在976 nm波长的吸收系数可高达620 dB/m,且重复性好.这一结论为共掺Al³⁺的掺Yb³⁺光纤制作提供了良好的借鉴作用. 关键词： 3+光纤')" href="#">石英基掺Yb³⁺光纤 3+共掺')" href="#">Al³⁺共掺 吸收系数 浓度猝灭     

Bending sensitivity of in-series long-period fiber gratings

The interference fringes formed in a long-period fiber grating pair are sensitive to the loss in the cladding mode, which can be induced by bending or by coating on the fiber. Assuming that there is no loss and that both gratings are identical, the interference fringes are shown to have 100% contrast when each grating has 50% transmissivity. By contrast, if the cladding mode is absorbed or scattered the fringe contrast is shown to be degraded. The spectral behaviors of a long-period fiber grating pair with loss is analyzed by the coupled-mode theory and is compared with experimental results.     

Feasibility study on fiber-optic goniometer for measuring knee joint angle

In this study, we fabricated a fiber-optic goniometer using a plastic optical fiber, a light-emitting diode, and a photodiode. The cladding of the plastic optical fiber was removed at 0.5–3mm intervals regularly to increase the bending loss of the plastic optical fiber. Also, the output voltages of the photodiode based on light intensity that measured using the fiber-optic goniometer were measured light intensities using the fiber-optic goniometer were measured to evaluate the linearity of the fiber-optic goniometer. Finally, we measured the responses of the fiber-optic goniometer for gait speeds of 3, 5, and 10 km/h using a data acquisition board and a LabVIEW program.     

大于500 W非水冷光纤包层光剥离器

为实现高功率光纤包层光剥离器被动冷却,需要同时对光纤和封装壳体进行有效热管理。采用一种基于铁氟龙毛细管分段化学腐蚀光纤的制备技术,使用紫铜作为壳体材料,并通过有限元分析算法对壳体温度场进行仿真计算,对壳体各个结构参量进行优化分析,设计了满足500 W散热能力的包层光剥离器,并开展了实验验证。研究结果表明,采用铁氟龙管分段腐蚀法,包层光剥离比达到23.7 dB,光纤裸纤上的功率温升速率仅0.007 ℃/W。采用优化设计的壳体,在540 W功率注入下,包层光剥离器使用水冷冷板冷却可以连续出光,壳体最高温度58.7 ℃,使用相变冷板冷却可以单次安全出光50 s,壳体最高温度80 ℃。此研究结果可以为高功率光纤激光设计与研发提供重要参考。