分子吸收池在水中布里渊散射边缘探测技术中的应用

在用边缘探测技术测量水中的布里渊散射信号方法中,碘分子吸收池作为边缘滤波器探测水中的布里渊散射频移,2个相同的溴分子吸收池,一个作为带阻滤波器吸收瑞利散射信号,另一个用于激光器的稳频,提高了布里渊频移的探测精度.     

基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器

针对布里渊光时域分析分布式传感原理和受激布里渊散射的特点,应用微波电光调制分布反馈式半导体激光器产生频移可调的探测光,和传感光纤中相反方向传输的脉冲激励光进行受激布里渊散射作用,当探测光和激励光的频率差在布里渊频移附近时,频移探测光和激励光产生受激布里渊散射,通过改变探测光的频移值,检测探测光功率信号,可得到沿光纤各处的布里渊频移,再利用布里渊频移和应变（或温度）的关系,计算得到沿光纤分布的传感量。设计了基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器实验系统,实现了25km的分布式温度传感,达到5m的空间分辨力和3℃的温度分辨力。     

布里渊散射及其在激光雷达中的应用

在简要介绍布里渊散射的基本性质的基础上,重点介绍了布里渊散射在激光雷达中的应用。主要分析了布里渊散射在水中声速测量、粘滞系数的测量和水中目标探测方面的原理和技术实现。     

一种利用布里渊散射的光纤应变传感新方法

根据光纤中的布里渊散射附加频移与光纤所受的拉伸应变有关的特性,推导了附加频移与应变间的线性关系。在此基础上提出了利用光外差原理探测附加频移,从而实现应变探测的传感新方案,并分析了该方案能降低对激光源的线宽及频率稳定度要求之原因,给出了实验系统及实验结果。     

一种利用布里渊散射的光纤应变传感应方法

根光纤史的布里渊散射附加频移与光纤所受的拉伸应奕有关的特性,推导了附加频移与应变间的线性关系。在此基础上上提出了利用光外差原理探测附加频移,从而实现应变探测的传感新方案,并分析了该方案能降低对激光源的线宽及频率稳定要求之原因,给出了实验系统及实验结果。     

用布里渊散射测量水的体粘滞系数

提出了一种直接测量水的体粘滞系数的实验方法－布里渊散射方法,通过分析剪切粘滞系数和体粘滞系数与布里渊散射线宽的关系,得到了布里渊散射线宽和频移与水的体粘滞系数关系的公式,建立了实验测量水的体粘滞系数的基础,给出了不同温度下水的体粘滞系数的实验测量结果,估算了这种方法的测量误差,实验和理论分析都表明这是一种直接测量水的体粘滞系数的快速而精确的方法。     

1064nm红外激光大气布里渊频移量模型

1064nm激光常用于大气环境监测。以激光信号在传输介质中布里渊散射频移量模型为基础,依据相关大气数据建立1064nm激光大气中布里渊散射信号检测的大气探测模型。该模型将布里渊频移量归一为只与大气高度这一单参数相关的函数,详细地描述了0～1000km范围内大气布里渊频移量的连续分布状态。结果表明在0～1000km的海拔高度范围内,1064nm激光大气的布里渊散射频移量以非单调的形式分布在0.5～1.2GHz之间。     

环境温度宽范围变化对光纤布里渊频移的影响

搭建了光纤布里渊频移测量系统,实现了色散位移光纤20 ℃到820 ℃布里渊频移的测量,并对测量数据进行拟合. 在环境温度大范围变化时,目前采用的布里渊频移-温度一阶线性关系式对测量数据分析误差较大,针对这个问题,本文从纯石英光纤的结构特点和材料的物性系数出发,在分析光纤的热膨胀系数、光纤密度、折射率、弹性模量和泊松比与宽范围温度关系的基础上,根据布里渊频移与各物性参数的关系式理论推导了宽范围温度变化与布里渊频移之间的二次项关系式. 理论推导结果与实验数据基本符合,验证了理论分析的正确性,从而为光纤宽范围布 关键词： 光纤 高温传感 布里渊散射 布里渊频移     

基于布里渊散射信号检测的大气探测模型

以激光信号在传输介质中的布里渊散射频移量模型为基础,依据相关大气数据建立基于布里渊散射信号检测的大气探测模型。该模型中布里渊频移量只与大气高度相关,详细描述了低空大气范围内布里渊频移量的连续分布状态。结果表明在086 km的海拔高度范围内,大气的布里渊散射频移量分布在1.01.3 GHz之间。与有关数据相比,该模型与实际情况非常符合,同时具有很好的连续性和普适性。     

布里渊散射线宽对边缘探测技术定标数据的影响

用边缘探测技术测量水中的布里渊散射信号,可以得到很高的测量精度.当布里渊散射线宽随海水温度、盐度的变化而改变时,探测到的信号强度也会随之发生变化,从而影响数据定标.在考虑布里渊散射线宽随温度变化的基础上,重新对用边缘探测方法测量水中布里渊散射信号所得的数据进行定标.实验中用一个偏振棱镜改变被测信号相对于两个吸收池布儒斯特窗的偏振状态,发现偏振状态的改变会导致定标数据变化.     

基于布里渊后向散射的海水温度与盐度同步测量研究

基于布里渊散射信号的检测可实现对海水温度等参量的监测.由于海水的布里渊频移量是关于温度和盐度的二元函数,故无法仅通过布里渊散射频移量的检测实现对海水温度和盐度两个独立变量的精确测定.研究表明布里渊信号的功率也是关于温度和盐度的二元函数,所以文章提出通过测量布里渊频移量和接收布里渊信号功率大小,通过两个二元函数反演出海水的温度与盐度数值,实现对海水温度和盐度两个独立变量的同步测量.     

布里渊动态光栅原理及其在光纤传感中的应用

自从2007年布里渊动态光栅被首次提出用于实现光存储以来,该技术得到了国际上的广泛关注和研究.布里渊动态光栅本质上是由相干声波场激发的折射率光栅,一般情况下两束抽运光(频率差等于光纤的布里渊频移)以相同的偏振态从光纤两端注入到光纤中,通过受激布里渊散射效应激发出相干声波场,即形成布里渊动态光栅.光纤布里渊动态光栅因具有全光产生、参数灵活可控的优点,已被广泛研究应用于光纤传感、光纤特性表征、光存储、全光信号处理、微波光子学和高精度光谱分析等.本文分析布里渊动态光栅产生和探测原理,重点探讨在高性能分布式光纤传感上的应用,这些应用包括高灵敏度温度和应变分布式传感、温度和应变同时解调、分布式横向压力传感、分布式静压力(气压或液压)传感、高空间分辨率分布式传感和高精度光谱分析.     

Calibration of edge technique considering variation of Brillouin line width at different temperatures of water

Edge technique is a sensitive and accurate technique for measuring Brillouin shift in water. Calibration is necessary in its applications in remote sensing of the ocean. In previous works, the normalized signal was calibrated without considering the change of Brillouin line width under different temperatures of the water. In this work, the normalized signal of edge technique was re-calibrated basing on temperature dependence of the line width of Brillouin scattering in water. A more accurate relationship between Brillouin shift and the normalized signal was obtained. PACS 42.68.Wt; 42.79.Qx; 78.35.+c     

分子过滤瑞利散射技术测量火焰温度和密度

 为了解决瑞利散射光易受米散射和背景杂散光干扰的问题,发展了结合窄线宽激光器、分子过滤器以及像增强器等技术的分子过滤瑞利散射技术。在图像诊断的基础上,依据测量的碘蒸气吸收光谱曲线,对CH₄/air预混火焰进行了诊断,获得了密度场和温度场分布。距炉面15 mm火焰中心区域处,分子过滤瑞利散射(FRS)技术测量的温度为1 827 K±84 K,密度为0.19 kg/m³,其测温结果与CARS法的测温结果基本吻合。最后分析了FRS技术测温不确定度。实验表明FRS技术具有较高的信噪比,可以定量测量温度和密度信息,有望应用于超音速燃烧流场、紊流场等复杂流场的诊断。     

Random‐access distributed fiber sensing

Optical sensing offers an attractive solution to the societal concern for prevention of natural and human‐generated threats and for efficient use of natural resources. The unprecedented properties of optical fibers make them ideal for implementing a ‘nervous system’ in structural health monitoring: they are small, low‐cost and electrically and chemically inert. In particular, the nonlinear interaction of stimulated Brillouin scattering allows for the distributed measurement of strain and temperature with tens of km range. In this work, a novel, radar‐inspired technique for random‐access Brillouin scattering‐based sensors is shown, making a significant step towards a real optical sensing nerve. The method selectively addresses each fiber segment as a distinct sensing element in a synaptic neuronal system. The measurement principle relies on phase‐coding of both the Brillouin pump and signal waves by a high‐rate, pseudo‐random bit sequence. Temperature measurements with 1 cm resolution are reported. The measurement range is scalable to several km.     

Review on Application of Optical Scattering Spectroscopy for Elastic Wave Velocity Study on Materials in Earth's InteriorSCIEI北大核心CSCD

In-situ experimental results on the elastic wave velocity of Earth materials at high pressure and high temperature in combination with data from seismic observation can help to inverse the chemical composition, state and migration of materials in Earth's interior, providing an important approach to explore information of deep earth. Applying the Brillouin scattering into the Diamond Anvil Cell (DAC) to obtain the in situ elastic wave velocities of minerals, is the important approach to investigate elastic properties of Earth's Interior. With the development of DAC technology, on the one hand, the high temperature and high pressure experimental environment to simulate different layers of the earth can be achieved; on the other hand, the optical properties of DAC made many kinds of optical analysis and test methods have been widely applied in this research field. In order to gain the elastic wave velocity under high temperature and high pressure, the accurate experimental pressure and heating temperature of the sample in the cavity should be measured and calibrated first, then the scattering signal needs to dealt with, using the Brillouin frequency shift to calculate the velocity in the sample. Combined with the lattice constants obtained from X ray technique, by a solid elastic theory, all the elastic parameters of minerals can be solved. In this paper, firstly, application of methods based on optical spectrum such as Brillouin and Raman scattering in elasticity study on materials in Earth's interior, and the basic principle and research progress of them in the velocity measurement, pressure and temperature calibration are described in detail. Secondly, principle and scope of application of two common methods of spectral pressure calibration (fluorescence and Raman spectral pressure standard) are analyzed, in addition with introduce of the application of two conventional means of temperature calibration (blackbody radiation and Raman temperature scale) in temperature determination. Lastly, geophysical applications of mineral elasticity are discussed on the basis of the recent research results derive from Brillouin scattering system of wave velocities for major minerals in Earth's lower mantle (perovskite, ferropericlase, etc.), and the future research work is inspected.     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

布里渊散射光纤传感器的交叉敏感问题

基于布里渊散射的全分布式光纤传感器的布里渊频移同时受应变和温度的影响,无法由单一的布里渊频移解析应变或温度的信息,这种交叉敏感问题制约了传感器的实用化。介绍了目前解决交叉敏感问题的主要方法及工作原理。研究了大有效面积非零色散位移光纤(LEAF)的布里渊散射谱与应变和温度的关系,实验发现布里渊谱具有三个布里渊峰,三个峰的布里渊频移与应变和温度成线性关系,第一个峰和第三个峰的布里渊峰峰值功率的差值与温度无关,但与应变成线性关系。最后基于实验结果提出了一种解决交叉敏感问题的方案,获得了大约130με的应变测量精度和8℃的温度测量精度。