基于石墨烯的光纤湿度传感研究

将还原氧化石墨烯(r GO)沉积在侧边抛磨光纤(SPF)上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度(RH)为70%~95%],传感器的光功率变化达到6.9 d B,尤其在RH为75%~95%区域,传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应,灵敏度可达0.31 d B/(%RH),响应速度快于0.13(%RH)/s,并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果,并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充,并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。     

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.     

基于石墨烯的光纤湿度传感研究EI北大核心CSCD

将还原氧化石墨烯（r GO）沉积在侧边抛磨光纤（SPF）上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度（RH）为70%～95%],传感器的光功率变化达到6.9 dB,尤其在RH为75%～95%区域,传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应,灵敏度可达0.31 dB/（%RH）,响应速度快于0.13（%RH）/s,并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果,并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充,并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。     

用于向列相液晶取向测量的侧边抛磨光纤传感特性研究

向列相液晶(NLC)的取向变化对外界环境敏感,已被作为生物传感的敏感中介材料。研究了侧边抛磨光纤(SPF)用于NLC取向变化测量的传感特性,探索利用SPF测量液晶取向变化的可行性与适用范围。将液晶折射率的理论公式与SPF传输光功率实验数据结合,得到了经验理论关系。实验中设计用机械旋转法改变SPF抛磨面附近NLC的取向。实验结果表明,NLC的取向变化导致SPF传输光功率的变化。以液晶指向矢方位角为表征的NLC的取向变化从0°增大至90°,SPF传输光功率随之增大28.10dB;在0°~30°范围内,SPF传输光功率与NLC的取向变化具有线性关系,光纤传输光功率对取向角度变化的响应平均约为0.359dB/(°)。研究表明SPF可以用于NLC的取向变化的测量并且获得了适用范围,这为基于液晶取向变化的SPF生物传感器的研究提供了参考。     

复杂光照下QR码图像二值化算法研究及应用

在复杂光照条件下二维码扫码器采集到的图像容易出现整体高亮、阴影区域和局部高亮、阴影区域,使得图像分割阈值确定困难,研究了Sauvola算法中的窗口大小w值和修正因子k值对于QR码图像二值化的影响。针对全局二值化方法抗噪能力差和局部二值化方法处理速度慢的缺陷,提出了一种改进的QR码图像二值化方法,将Otsu和Sauvola算法相结合提升算法抗噪能力,并利用积分图算法提高算法运行效率。实验证明,该方法二值化效果优于经典的二值化方法,平均运行效率比原Sauvola算法提高17倍,提升了识别成功率。     

确定光子晶体光纤轴向方位角的侧视光强特征法

光子晶体光纤轴向方位角的确定在光纤器件的加工制作中具有重要的意义.采用平行光侧向照射光子晶体光纤,研究了六边形结构、混合结构以及大模场结构这三种光子晶体光纤,获取其在不同轴向方位角时的侧视光强图像.随着光纤绕轴向旋转,其光强图像出现特定的亮纹光强特征,通过分析得到亮纹光强特征值随光纤轴向旋转之间的变化关系,发现其透射光强图像的光强特征值呈现周期性变化,并与光纤空气孔结构有一定对应关系.采用Tracepro仿真模拟三类光子晶体光纤的侧视光强图像特征,在模拟侧视光强图像中,也出现随轴向旋转变化而变化的亮纹特征,模拟侧视光强亮纹变化特征与实验亮纹特征具有相似的变化规律.对比光子晶体光纤亮纹光强特征值随轴向方位角变化关系的实验曲线与模拟曲线,发现当光源平行于光纤空气孔构成的近似六边形结构的顶角连线照射时,其亮纹光强特征值出现极大值,可以实现光子晶体在特定轴向方位角的定位.     

光纤耦合三角形金柱阵列的等离子体共振

为了满足表面等离子体传感器高灵敏度、高线性以及较大测量范围的需求,提出侧边抛磨光纤耦合的三角形纳米金柱阵列等离子体共振传感模型.用有限元法仿真得出侧边抛磨光纤倏逝场激发出三角形纳米金柱的三种等离子体共振模式,分别为传输等离子体、三角形纳米金柱的本征等离子体和柱间等离子体,在传感器透射谱中呈现三个共振波谷.本征等离子体和柱间等离子体均属于局域等离子体,所对应的共振波谷对外界环境折射率的灵敏度较低但具有很高的线性度.传输等离子体对应的波谷随折射率变化灵敏度很高且呈非线性关系,优化后三角形金柱阵列设计中,当折射率为1.38~1.42RIU时,灵敏度高达12 882nm/RIU.该传感结构集成了侧边抛磨光纤的强倏逝场,具有传输等离子体的高灵敏度、局域等离子体的高线性度和大测量动态范围等优点,有重要的研究意义和实用价值.     

薄膜铌酸锂光电探测器近期研究进展

铌酸锂晶体具有高电光、压电和非线性光学系数,宽光学透明范围、兼容速度匹配、相位匹配和色散工程,长期稳定性以及可低成本制备光学级晶圆等众多优势,作为构筑如电光调制器、光学频率梳、光波导等光电子器件的重要平台,在信息通信领域的光产生、光传输、光调制等领域大放异彩,被誉为“光子领域的硅”,具有巨大的集成应用潜力,受到学术界和产业界的广泛关注。然而,由于铌酸锂的绝缘体和弱光学吸收特性,基于铌酸锂平台的集成应用领域还面临光电转换效率低和探测难的问题,全光通信中光解调和光提取需要高性能探测器的支撑,因此研发基于铌酸锂的光电探测器具有重大的科学意义和应用价值。本文从铌酸锂的基本结构特性出发,详细介绍了铌酸锂的优异物性和光电转化机理,综述了国内外学者近期的一些研究成果,重点阐述了基于铌酸锂晶体的光波导集成型光电探测器和异质结型光电探测器的研究进展,探讨并比较了不同路线的优点和发展潜力,并对该领域提出展望。     

侧边抛磨单模光纤表面等离子体传感器的设计和优化

光纤表面等离子体共振传感器具有体积小、抗电磁干扰,可以实现在线实时远距离检测的优点。为提高传感器的性能,建立了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感的物理模型,分别研究了侧边抛磨光纤的剩余厚度、银膜层的厚度对传感器的灵敏度、共振峰的深度和半高全宽等的影响。结果表明：光纤剩余厚度越小,表面等离子体共振现象越强;随银膜层的厚度增大,共振峰的宽度变宽,而传感器的灵敏度呈现非单调变化。通过综合表面等离子体共振传感器的折射率传感灵敏度和共振峰半高全宽,提出了质量因数作为传感器的优化指标,并最终得到最优化的设计方案为光纤剩余厚度为66.5 μm,银膜的厚度为50 nm,此时质量因数达到98.67。     

基于洛匈棱镜的偏振度测量与空间退偏度分析方法研究

空间平均型退偏要求退偏后的光束不仅具有低偏振度,还要求避免偏振态的空间带状连续分布.为了实现光束偏振度的测量和空间退偏度的观察,提出基于洛匈棱镜的偏振度测量方法,理论推导了偏振度和各个光功率测量值之间的关系,设计了实验装置,并与全偏振度测量方法进行对比.结果显示:两种测量方法得到的偏振度相对偏差为0.192%,但洛匈棱镜能将o光和e光在空间分离,能对光束偏振态的空间分布进行观测.基于洛匈棱镜的偏振度观测方法结构简单,操作方便,在偏振度和偏振态的空间分布的同时观测中有重要应用.