新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.     

基于Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏检测和定位技术

研制了一种基于Sagnac干涉仪的分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位.阐述了该传感技术的工作原理和泄漏点定位方法,并推导了泄漏引起的光信号相位变化表达式。管道泄漏实验结果表明,水压为0.3MPa时,该技术能有效地检测到管道泄漏的发生并准确定位。     

偏振态对光纤传感系统检测泄漏点灵敏度的影响

采用一种基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤声学传感系统对长距离管道泄漏进行检测,主要分析和研究了不同的输入偏振态对输出光功率的影响.当信号光场与本振光场的偏转态一致时,可得到高灵敏度接收;当信号光场和本振光场的偏振态正交时,检测不到泄漏信号.在系统长度10.044 km时,测得的零点频率是在20 kHz,根据理论公式计算的泄漏点位置在5 km处,与实际的泄漏点的位置5.022 km处,比较相近,相对误差为0.44%.     

基于琼斯矩阵建模的管道泄漏检测及预警系统的定位误差分析

为了解决分布式光纤油气管道泄漏检测及预警系统中常出现粗大定位误差的问题,需要提高定位精度,在分析系统的检测定位原理的基础上,基于单模光纤的双折射特性等效琼斯矩阵,建立了油气管道光纤预警系统的光学偏振模型,并对模型进行了仿真.指出信号关联的二义性即两传感器获得同一振动源的波形不相关的现象,是造成粗大定位误差的原因.根据该理论模型,提出了利用外加偏振控制器改变激光偏振方向的解决方法,定位实验证明该方法较好地解决了上述问题,提高了现场实验的定位精度.该模型的建立,为预警系统光路的改进和调节提供了理论指导.     

光纤点衍射干涉仪中球面参考源偏振控制系统的设计

极紫外光刻光学检测通常使用光纤点衍射干涉仪,光纤衍射的圆偏振态光束可以提高干涉条纹的对比度、减小衍射球面波的像散,对于提高检测精度有十分重大意义。用穆勒矩阵分析了相位控制型偏振控制器的工作原理,得到只需两个控制通道就可以调控到圆偏振态的结论。设计了光纤点衍射干涉仪球面参考源的偏振控制系统,并用琼斯矩阵分析了光束经过偏振控制系统后的光强变化,得到光强最小时两个控制通道的控制电压。在理论分析基础上搭建了球面参考源的偏振控制系统,获得了圆偏振态所需的控制电压,并将其输入偏振控制器调控得到圆偏振光,实验结果表明此方法可以在不引入额外误差的同时,快速地实现圆偏振态的调节,并且理论计算与实际的误差不超过7.5%,证明了该方法的可行性。     

单轴分布式光纤传感器管线泄漏探测方法及定位理论分析

利用Sagnac干涉原理的分布式光纤传感器是一种可用于长途油气管线侵入、泄漏探测和定位的新技术.为了克服屏蔽和隔离Sagnac光纤环中未用作传感的那一半光纤所带来的屏蔽困难、成本增加等问题，提出一种单轴分布式光纤传感器的方法.其原理是利用一条光纤代替光纤环，并在光纤尾端设置法拉第旋转镜，构成偏振无关Sagnac干涉仪探测和定位管线泄漏.文中详细分析和讨论了该方法的系统光路和探测定位原理.     

正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

基于支持向量机的分布式光纤泄漏检测定位系统及实验分析

针对基于Sagnac和Mach-Zehnder混合干涉仪的分布式光纤管道泄漏检测定位系统进行了泄漏实验,采用在1 km~9 km之间的20组泄漏点样本,依据支持向量机建立样本数据的回归模型,对支持向量机的相关调整参数进行了优化,对系统的灵敏度进行了分析。实验结果表明,经SVM回归分析可得,处理后样本比实验所得泄漏点位置更接近实际泄漏点位置,传统定位方法得到的泄漏点位置平均绝对误差为118.85 m,经过回归分析后样本的平均绝对误差为92.01 m,定位精确度达99.85%,定位精度提高;当泄漏点距法拉第旋转镜的距离越远,检测系统的灵敏度越小,当泄漏点位置超过10 km时,系统的灵敏度低于0.5 Hz/m。     

炉内管道泄漏声检测与定位系统的研究现状

电站锅炉管道泄漏的声检测与定位系统,已经越来越广泛地应用于电站锅炉。该系统主要利用声学技术检测炉内管道的泄漏状态,并利用多传声器定位机理对泄漏点进行定位,有效地减少了由管道泄漏引起的非计划停炉,这对电站锅炉来说意义尤为重要。本文分析了炉内管道泄漏声检测与定位系统的关键技术,介绍了该系统的发展概况及应用现状,并提出了改进方向。     

Stokes beams formed by superposition of a completely unpolarized and a completely polarized Gaussian Schell-model beam

Analytic expressions and computed examples are given to elucidate the coherence and polarization properties of Stokes beams, i.e. beams formed by superposition of a completely unpolarized and a completely polarized electromagnetic Gaussian Schell-model beam. We found that superposition of such two beams cannot form a Stokes beam with a constant state of polarization on propagation. An additional constraint on the source plane parameters of the two Gaussian Schell-model beams is proposed. The resultant Stokes beam with a constant state of polarization on propagation is found to be a Gaussian Schell-model beam with the same variances as the two constituent Gaussian Schell-model beams. However, the modulus of the Gaussian intensity distributions across the source planes of these beams may be different.     

Polarization properties of vectorial nonparaxial Gaussian beams in the far field

The polarization properties of vectorial coherent nonparaxial Gaussian beams are studied. It is shown that, when the source of a nonparaxial Gaussian beam is completely polarized, the degree of polarization of the propagation field maintains a constant value of 1. However, when the source is completely unpolarized, the degree of polarization does not maintain a constant value of 0. In the far field, vectorial nonparaxial Gaussian beams can become partially polarized, except on the propagation axis, and are spatially nonuniform across a typical cross section of the beam even though the source field is completely unpolarized.     

Effects of coherence on anisotropic electromagnetic Gaussian-Schell model beams on propagation

An analytical formula for the cross-spectral density matrix of the electric field of anisotropic electromagnetic Gaussian-Schell model beams propagating in free space is derived by using a tensor method. The effects of coherence on those beams are studied. It is shown that two anisotropic stochastic electromagnetic beams that propagate from the source plane z=0 into the half-space z>0 may have different beam shapes (i.e., spectral density) and states of polarization in the half-space, even though they have the same beam shape and states of polarization in the source plane. This fact is due to a difference in the coherence properties of the field in the source plane.     

2600W偏振耦合高效率半导体激光光源

将两个中心波长为808 nm,输出功率为1500W的半导体激光叠阵,经过快慢轴准直后,利用半波片将其中一个叠阵的偏振方向旋转90°,使用偏振分光平板的耦合功能,将两个偏振方向相互垂直的激光耦合到一个光路.扩束后再通过焦距为100 mm的聚焦镜组聚焦,提高激光器的亮度.在工作电流为75 A时,输出功率达到了2600 W,...     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。     

Propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in turbulent atmosphere

Based on the extended Huygens-Fresnel principle, we study the propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in turbulent atmosphere. The result shows that the spreading of the partially coherent double-vortex beams can be smaller than that of the fully coherent ones. The degree of polarization of this kind of beam will experience change, which is dependent on the degree of polarization of the source plane, the atmospheric turbulence, topological charge, and the spatial coherence. The results may have applications in space optical communication.     

Propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in a turbulent atmosphere

Based on the extended Huygens-Fresnel principle,we study the propagation properties of stochastic electromagnetic double-vortex beams in a turbulent atmosphere.The result shows that the spreading of partially coherent double-vortex beams can be smaller than that of fully coherent ones.The degree of polarization of this kind of beam will experience change,which is dependent on the degree of polarization of the source plane,the atmospheric turbulence,topological charge,and the spatial coherence.The results may have applications in space optical communication.     

C60掺杂向列相液晶中光栅衍射选择性的分析

利用琼斯矩阵(Jones matrix) 方法对C60掺杂向列相液晶中光栅衍射选择性进行分析.给出两束p 偏振光在液晶样品中产生相位全息光栅的透射矩阵,通过探测光的矢量和光栅透射矩阵的琼斯矩阵运算,可以探测衍射光束的偏振态与入射光偏振态的关系.分析发现对于p 偏振的探测光,透射光和正、负一阶衍射光的偏振态均为p 偏振,且正、负一阶衍射效率相同;对于s 偏振的探测光只有透射光存在,可见记录的相位光栅表现出光栅衍射的选择性.