声波导单模光纤中后向受激布里渊散射的声模分析

本文推导了单模光纤中的声波亥姆霍兹方程,利用分离变量法求解并获得正规声波导导模的特征方程,定义了声模的归一化频率,结合贝塞尔函数的宗量近似分析了声波模式的特征值范围、截止频率和远离截止,探讨了声模的色散和布里渊增益谱的多峰成因.研究结果表明单模光纤中纵向声波基模L₀₁模无截止,主要被限制在纤芯中,与光基模耦合形成布里渊增益谱的主峰;高阶声模都存在低频截止,在包层分布比基模多,与LP₀₁模耦合形成布里渊增益谱的次峰.只有纵向L_0n声模对后向布里渊增益谱有贡献,纤芯掺锗浓度增大能使布里渊增益谱发生红移,声模数量增多, L₀₁模的增益峰值逐渐变大而高阶模的贡献减小.泵浦波长为1.55μm,纤芯掺锗浓度3.65%、纤芯半径4.2μm的单模光纤存在4个L_0n和16个Lmn (m>0)声模,声模L₀₁, L₀₃,L₀₄与光模LP₀₁声光耦合产生布里渊增益谱的1个主峰和2个弱峰;纤芯掺锗浓度15%,...     

掺杂和结构对光纤中去极化型声波导布里渊散射频移与散射效率的影响

利用全矢量有限元法研究了单模光纤及光子晶体光纤中掺杂材料及浓度、光纤结构对去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率的影响.结果表明增大包层掺氟浓度或纤芯掺锗浓度均会减小光纤布里渊频移,也会增大单模光纤散射效率.光子晶体光纤中整体掺氟浓度不变时,空气孔层数的增加会减小布里渊频移;而纤芯掺锗浓度不变时,随空气孔层数的增加TR2,3模式的布里渊频移增大,而TR2,7模式的布里渊频移减小.     

声波导——研究非线性物理的工具

声波导——研究非线性物理的工具￥中国科学院声学研究所＠李贤徽声波导———研究非线性物理的工具设想有一束强绿光在光纤中传播．如果周期性地改变光源的强度，就可以观察到红光和蓝光沿光纤交替出现；更远处，又可以看到绿光明暗交替变化．只要光纤足够长，能量损失足够小，...     

基于光纤传输的结构损伤声发射监测系统研究

摘要：声发射检测技术作为一种先进的故障诊断技术,在大型起重设备检测行业“大行其道”。由于生产现场的环境比较复杂,不可避免地要受到各种噪声的影响。当前对声发射信号大多是靠电缆进行传输,这种传输方式有传输距离有限、信号容易受到干扰等缺点。针对传统电缆传输信号的不足之处提出使用光纤作为传输信号的媒介,设计并开发了一种基于光纤的声发射监测的信号采集系统,能够实现远程监测且信号的抗干扰能力比较好。     

基于柱弥散光源体内辐照的前列腺扫描光声成像仿体实验

光声成像技术是一种非常有前景的前列腺早期检测与成像的新技术. 在现有前列腺光声成像技术中, 通常采用的腺体外光源辐照方式由于受外围组织的影响, 容易减弱深部前列腺组织的光能量吸收, 导致辐照范围减小, 引起光声成像深度不足, 难以实现无损前列腺癌的检测. 本文基于前列腺组织的结构特征, 依据一种以柱状弥散光纤在尿道对前列腺实施光辐照、并利用外置于直肠内的长焦区聚焦式超声换能器检测光声信号的前列腺光声扫描成像技术, 构建了光声成像实验系统, 开展了仿体实验. 测试结果表明, 系统能够实现样品中吸收体的定位和成像, 结合柱弥散光源体内辐照可使成像深度提高, 同时侧向成像范围也较大. 初步结果表明, 借助柱弥散光源进行体内光辐照的光声信号新激发方式结合长焦区超声探头在前列腺癌早期无创诊断上具有潜在的应用前景.     

用埋入式光纤传感器探测建筑结构中的声发射

声发射技术已经应用于金属和混凝土结构中,作为探测内部裂缝的一种无损检测方法。目前用的技术都是由压电换能器来采集声发射信号。讨论了基于用光纤技术的声发射传感器的开发和测量方法。它是用埋入式光纤传感器来监测类似桥梁、高速公路、隧道和房屋建筑等混凝土结构中的开裂信号。     

基于Rayleigh-Bloch模式的单层结构弯曲声波导

基于一维声栅中的Rayleigh-Bloch(RB)模式基本特点,设计了一种单层结构弯曲声波导.利用有限元方法从时域和频域两方面验证了弯曲声波导的有效性,RB模式波可以沿着波导的弯曲界面传播.研究发现,由于采用了环形结构基本单元,在该波导中存在两种传播模式,分别对应能量局域在单元间(模式-1)和单元内部(模式-2)两种情况.其中,模式-2声传输效果更佳,几乎可实现无损传输.时域研究中分别采用了调制脉冲和高斯脉冲两种信号形式,分析了它们在弯曲声波导中的传输过程.由于波导中只允许RB模式波传播,因此对于宽频信号来说,可起到滤波的效果.并且,不同模式(频率)的信号会出现在声波导的不同位置,所得结果对于声波定向传输、声探测与识别等研究具有理论与应用价值.     

微纳结构光纤光谱学

微纳结构光纤光谱学是指以空芯微结构或微纳光纤为样品池,光和物质在纤芯内部或表面进行相互作用的光谱学技术。本文回顾空芯和微纳光纤导光的基本原理,介绍气体、液体样品池构建的理论和方法,综述基于光谱吸收、光热、光声、荧光、拉曼等效应的微纳结构光纤光谱学的最新进展及今后可能的发展方向。微纳结构光纤对光场的束缚能力强、模场能量在空气中的比例高,可实现光和物质在其中的高效、长距离相互作用。微纳结构光纤样品池的采用,可提升传统光谱学系统的性能或构建新型的光谱学系统;应用传输光纤与其他光学元器件进行柔性连接,可促进光谱学仪器和传感器的小型化和实用化。     

双弹簧管光纤差压传感器

设计了一种利用对称反转连接的双弹簧管作为差动压力传感元件,进行差动压力测量的光纤传感器.这种光纤传感器是在通用光纤传感设计实验系统的基础上,利用三光纤反射调制技术,实现光源强度的变化和光纤中光功率损耗的变化以及反射率的变化自动补偿的.理论上,分析了这种反转对称差压传感弹性元件在使用过程的优点,给出了三光纤补偿理论分析方法.实验上,获得了该光纤差压传感器的线性输出测试结果.     

极地海冰声波导建模综述

全球性气候变暖的持续使极地科学成为国际科研热点.极地声学技术研究在近年国内学者的努力下取得了长足进展,但在基础理论研究方面还有很多需要攻坚的难题.极地冰声传播受弹性波导影响严重,特殊的材料物理特性、复杂的边界条件以及极端恶劣的环境均给相关研究推进带来挑战.针对冰声波导模型精细化构建难题,本文从海冰物理特性概述、冰声传播理论模型构建、冰声传播特征方程数值求解以及冰声参数评估与选取四个方向出发,回顾并梳理了极地海冰声波导建模关键技术的发展历程与研究现状,分析了国内外冰声传播研究进展,讨论并展望了冰声波导建模技术的未来研究重点以及其在极地开发中的应用潜力,以期为后续极地声学理论与应用研究的开展提供有益参考.     

光子晶体光纤中去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率研究

利用矢量有限元法,数值模拟了不同结构参数下光子晶体光纤中空气孔填充率与去极化型声波导布里渊散射频移的关系,以及布里渊散射频移与布里渊散射效率的关系。研究结果表明,空气孔填充率的增大会导致扭转径向模式的去极化型声波导布里渊散射频移下移。空气孔节距或纤芯直径一定时,高阶模式的频移对空气孔填充率的变化更为敏感。扭转径向模式的去极化型布里渊散射效率都随布里渊散射频移的增大而增大。     

光子晶体光纤中去极化型声波导布里渊散射频移和散射效率研究

利用矢量有限元法,数值模拟了不同结构参数下光子晶体光纤中空气孔填充率与去极化型声波导布里渊散射频移的关系,以及布里渊散射频移与布里渊散射效率的关系。研究结果表明,空气孔填充率的增大会导致扭转径向模式的去极化型声波导布里渊散射频移下移。空气孔节距或纤芯直径一定时,高阶模式的频移对空气孔填充率的变化更为敏感。扭转径向模式的去极化型布里渊散射效率都随布里渊散射频移的增大而增大。     

基于相干光时域反射型的光纤分布式声增敏传感研究

开展了基于相干光时域反射型的光纤分布式声增敏传感研究,提出了单端固定开口波纹薄筒光纤声增敏方法,建立了光纤声增敏装置波节间距、单波节轴向刚度、光纤长度等参数对光纤相位灵敏度的影响理论模型.制作了3种规格的光纤声增敏传感装置进行声传感实验.实验结果表明,声增敏传感装置相位灵敏度达到2.975 rad/Pa,最小声探测信号达到60.1 dB,3种规格的声增敏传感装置的灵敏度测试值与理论分析基本一致.研究结果为高灵敏度的光纤分布式声传感的进一步发展提供了理论和实验基础.     

基于光纤光声传感的多组分痕量气体检测技术

为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功能。利用声学共振腔和干涉型光纤声波传感器对光声信号进行激发增强和探测增强,实现了乙炔和甲烷气体的高灵敏度检测。光纤声波传感器中以微机电系统悬臂梁作为声学敏感元件,设计了光纤法布里-珀罗干涉结构,将悬臂梁偏转位移转换为F-P腔长的变化。采用高分辨率光谱解调技术,实现了基于光纤F-P传感器的超高灵敏度光声信号检测。系统对乙炔和甲烷的检测极限分别达到2×10^-9和3×10^-9,归一化噪声等效吸收系数为8×10^-10cm^-1W Hz^-1/2。     

局域波导模展开方法求解梯度型折射率光纤

将阶跃折射率光纤作为一个理想波导,以这个理想波导纤芯一包层的界面为界将横向平面分成两个区域,然后用局域波导模展开方法以及耦会波理论计算了梯度折射率光纤模式场和传播常数.     

脉冲声测量技术在光纤水听器测量中的应用

本文介绍了脉冲声测量技术在非消声水池中光纤水听器测量中的应用。理论上分析了脉冲宽度的选择标准，并搭建了实验系统，对某一光纤水听器的声压灵敏度进行了测量，实验结果验证了该技术用于光纤水听器测量的可行性。     

一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案

利用倾斜光纤光栅在发生弯曲时其存在的多种纤芯-包层模式耦合方式容易发生改变,进而使其光谱特征发生明显变化的特点,提出并验证了一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案.将倾斜光纤光栅与设计的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)换能膜片及腔体结构相结合,得到了一种有效的低频声传感系统.该换能膜片在被测声波信号作用下产生振动,使固定在膜片表面的倾斜光纤光栅发生周期性动态弯曲,引起倾斜光纤光栅的包层模式光谱发生周期性漂移,最后采用边缘滤波法进行解调,实现低频被测声波的有效探测.实验结果显示,该传感方案可以在45—220 Hz范围内实现高灵敏度声波探测,在传感系统固有频率附近54 Hz处获得最大声灵敏度115.88 m V/Pa,且最小探测声压为539.2μPa/Hz^1/2.该传感方案具有灵敏度高、重复性好、结构简单、容易加工等优势,在低频声探测等相关应用领域具有较大的发展前景.     

海洋内波对水下声场的影响

海洋内波是海水内部的波动之一,它与海洋表面的海浪运动有着非常不同的物理特征。海洋内波会引起海水温度剖面发生剧烈的波动,这种波动具有很强的方向性和时变性,对水下声传播影响巨大,并展现出一些很奇特的声波导效应(包括二维波导效应和三维波导效应),给水下目标的探测与定位以及水声通信等带来严重影响。海洋内波对声场的影响研究涉及到海洋动力学和水声学两个学科领域,文章重点介绍海洋内波对声场影响研究领域的相关进展,并对内波环境下典型声波导现象进行了讨论,最后对该领域未来的发展进行了总结和展望。     

一种光纤光声SO2气体浓度传感器的研究

论述了光声光谱信号的产生原理,研究了一种新型光声光纤SO2气体浓度传感器,建立了适合应用光纤作为传感器的数学模型。采用染料激光器作为激励光源,用光纤位移传感器代替传统的微音器,测量被气体吸收并转变为声压信号,从而对SO2气体浓度进行测量。给出了实验结果,分析了影响灵敏度的主要因素,提出了相应的改进措施。     

声学消息

中国声学学会于1984年10月29至11月2日在南京市高淳县召开了旨次光声技术学术讨论会. 会议由中国声学学会副理事长魏墨盦教授主持,共有12个单位的21名代表出席了会议.会议邀请并收到了国内从事光声技术工作的12个单位的21篇论文摘要,会上宣读了“第三届国际光声、光热学术会议简介”、“光声光谱法在研究凝聚态物质中的应用”、以及“先声检测法用在压电陶瓷性能和传感器”三篇综述报告,还宣读了11篇有关光声技术的理论和应用的论文.论文所涉及的深度和广度,都充分表明我国的光