基于荧光强度比值法可用于现场测量的低成本聚合物光纤温度传感器

基于荧光强度比值法,设计了一种使用两种荧光染料的光纤温度传感器.实验中,罗丹明B和罗丹明110分别为对温度敏感和对温度不敏感的荧光传感物质,利用聚合物光纤来传导激发光及接收荧光.由于两种染料的荧光谱峰相距60 nm,因此容易将二者对应的荧光谱分开.通过确定能代表两种染料的最优荧光光谱范围,获得具有良好线性度的温度-荧光强度标定曲线.实验研究了不同浓度的荧光染料对标定曲线的影响,当染料浓度为0.3 g/L时,可获得0.28℃的最小均方误差及0.0128/℃的灵敏度.此外,该传感器还具备一定的抗光源扰动和抗荧光染料漂白的能力.     

基于氮化钛薄膜表面等离子体共振特性的双芯光子晶体光纤温度传感器（英文）

提出一种基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤温度传感器,其中双芯光子晶体光纤为折射率导光型,其中心圆孔表面镀氮化钛薄膜,内部填充具有较大热敏系数的乙醇和氯仿的混合液体,其纤芯模与表面等离子体激元耦合的共振波长偏移可反映液体混合物的温度或折射率.利用全矢量有限元法分析了不同因素对传输损耗谱及其共振波长的影响.仿真结果表明:外包层空气孔直径增大,以及最内层包层空气孔直径和空气孔间距减小可以提高耦合效率,从而增强共振峰.对比分析发现在一20℃~120℃温度范围内,氮化钛薄膜比传统金膜表现出更好的等离子传感特性,随着膜厚增加,其共振波长偏移量增加,温度灵敏度提高,灵敏度最高可以达到6.22 nm/K.     

基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

用于液压传感的双芯光子晶体光纤（英文）

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化,得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤,可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致,在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026dB,低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1dB的直接熔接损耗.对基于20cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究,结果表明在0~500 MPa量程内的灵敏度为-1.6pm/MPa.     

基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

石英音叉温度频率特性的温度传感器（英文）

提出了一种基于石英晶体温度频率特性的石英音叉微谐振式温度传感器。通过理论分析的方法对传感器进行设计,并采用有限元仿真对传感器的结构参数进行优化。采用光刻和蚀刻微加工技术制造石英音叉谐振器,对石英音叉温度传感器样机的频率温度特性进行实验研究。实验结果表明:石英音叉温度传感器的标准谐振频率为36.545kHz,灵敏度为-1.9Hz/℃,在-20到100℃的温度范围内,其非线性误差小于0.18%,迟滞为0.02%,与理论研究相吻合。该传感器具有高精度、高灵敏度、低功耗和低成本的特点,为高性能温度测量提供较好的解决方案。     

基于级联直径蚀刻光纤声光光栅的双波长可调谐滤波器（英文）

提出级联直径蚀刻光纤法实现双波长滤波器的动态调节.采用耦合模理论和分段传输矩阵法进行理论推导和仿真,研究级联声光光栅可调双波长的直径蚀刻光纤滤波器,分析光纤蚀刻对声光光栅传输谱中旁瓣效应的抑制效果.结果表明光纤蚀刻法可以有效抑制旁瓣效应,旁瓣比从0.265下降到0.031;通过调节级联光栅的间隔保证双波长滤波器的两个对称谐振损耗峰的稳定性,间隔增加时左谐振波长峰值减小,右谐振波长峰值增大;双谐振峰的谐振波长由声频信号的频率和光纤级数调节,波长随周期变大而增大,在270μm到282μm内接近线性,当光纤段数增加时波长漂移量变大.     

基于光脉冲诱导快相与弛豫荧光的光合作用参数测量技术（英文）

为了更准确获取反映植物生理状态的荧光动力学曲线,基于光合作用电子传递过程研究了植物光合作用参数测量技术。采用可变光脉冲技术将植物光合作用过程分段为快相与弛豫过程,并测量激发光诱导产生的荧光动力学曲线.对激发光带宽与响应时间进行了定量分析;对I-V转换单元与MFB滤波器进行了设计与仿真分析,获取快相荧光动力学信息;采用同步脉冲采样积分技术,对微弱弛豫荧光进行积分,实现了快相与弛豫荧光动力学曲线的完整测量,并结合非线性拟合算法获取光合作用参数.测试结果表明,系统信噪比达到23.8dB;暗适应与光适应下,本系统所测Fv/Fm与Water-PAM测量结果的线性相关系数分别达到0.980和0.997.该研究结果为植物光合作用研究及过程参数测量提供了一种测量手段.     

基于可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放NO浓度瞬态测量（英文）

NO_x是柴油机排放的主要污染物质,它对人体和环境的危害极大,其中NO含量又占NO_x总量的90%以上,因此合理准确的检测柴油机排放物中NO的含量对NO_x含量的检测尤为关键。现有的测试方法由于采用采样分析法,不能及时反映真实情况,光学检测方法作为一种新型的测试技术,在很多领域都有应用。结合光学检测方法对稳态和瞬态过程下的NO浓度用TLAS技术开展研究,通过模拟NO浓度的变化情况,验证这种方法在柴油机上应用的可行性,选择一台中心波长为5 263nm的带间级联激光器用于检测,为获得不同浓度的混合气体设计一套配气混合系统,用高纯度的NO作为被测气体,N_2作为背景气体,配比不同浓度的测试样气,在稳态测量时,分别配比浓度为500,1 000,2 000ppm的样气进行试验,得到相对误差小于1%,最大绝对误差为11.5ppm。在瞬态测量中,分别对浓度增加与减少过程进行试验,实时测量气室内的浓度变化情况,在1ms时间分辨率的情况下可实现5.2%的最大相对误差。通过设计的系统,可以实现NO浓度的瞬态测量,能将此方法应用到柴油机上,这种方法有利于研究柴油机的排放物含量。     

用于中红外甲烷检测的压强测量与补偿（英文）

利用一个波长为3.291μm的室温连续、带间级联激光器和一个有效光程长为54.6 m的多通池,研究了用于中红外甲烷检测的压强测量及补偿技术。通过对测得的甲烷直接吸收光谱信号进行洛伦兹吸收线型拟合,测量了吸收池内气体压强并补偿了压强变化对甲烷浓度的影响。利用浓度为2.1×10~(-6)的甲烷气体样品,在1.33×10~4~10.64×10~4 Pa的范围内进行了压强标定;对压强为9.31×10~4 Pa、浓度为2.1×10~(-6)甲烷气体样品的压强测量结果进行阿仑方差分析,结果表明,当积分时间为2.2s时,压强的测量精度约为219.5Pa。在1.33×104、3.99×10~4和6.65×10~4 Pa三种不同压强条件下,对浓度分别为1.0×10~(-6)、1.2×10~(-6)、1.4×10~(-6)、1.6×10~(-6)、2.1×10~(-6)甲烷气体样品的浓度和压强做了15组测量,验证了所给出的压强测量和补偿技术的可行性。     

分子发射光谱法测量微波等离子体气体温度（英文）

通过OH自由基A~2Σ~+→X~2Π_r电子带系分子发射光谱测温法,实现了对氩气、氮气、空气三种大气压微波等离子体气体温度的测量。探究了不同微波功率、不同气体流量下气体温度的变化规律,测量了氮气、空气微波等离子体羽流的轴向温度分布。实验结果表明,不同工作条件下微波等离子体核心温度普遍超过2 000K,空气微波等离子体可超过6 000K;同样工作条件下三种微波等离子体气体温度满足:T_(Ar)T_N_2T_(Air);气体温度总体上随微波功率增加而小幅增加,随气体流量下降而小幅降低;氮气与空气等离子体羽流温度沿轴向迅速降低。为验证分子发射光谱测温法的准确性,以热电偶测温作为比对,对温度较低的介质阻挡放电氩气等离子体进行了温度测量,实验表明,分子发射光谱法与热电偶所测结果十分接近。     

表面氧化钛涂层增强金刚石中浅层NV色心的荧光强度（英文）

本文利用原子层沉积技术在金刚石表面沉积了一层氧化钛涂层,该方法使得金刚石中的浅层(深度小于10 nm)NV~-色心的电荷态变得稳定,同时其荧光强度增强至大约原本的2倍.这种表面涂层技术能够为固态量子体系提供厚度可控的保护层或钝化层,同时又不损伤或腐蚀体系表面,有望成为一种固态量子体系钝化或封装的方法.     

基于LabVIEW的光纤光栅自动检测及分析系统（英文）

为了便于光纤布喇格光栅传感系统的自动化测试及使用,利用光谱仪的远程控制端口,采用LabVIEW语言开发了具有友好界面的Q8384光谱仪远程应力自动化测试系统.将光纤布喇格光栅嵌入封装于钢梁中,并利用应力试验机进行应力加载,通过LabVIEW测试系统采集并处理实验数据,结果表明该系统功能与设计预期吻合,可以实现对被测量数据的实时监测及存储.测试设备易于操作,并且避免了对光谱仪的人为直接操作,可以延长光谱仪的使用寿命.     

基于多模干涉滤波器和双折射滤波器的四波长可开关光纤激光器（英文）

设计了一种基于多模干涉滤波器和双折射滤波器的四波长可开关光纤激光器,理论分析了多模干涉滤波器和双折射滤波器及其级联结构的滤波特性.双折射滤波器能有效地抑制多模干涉滤波器的不规则边模.保偏掺铒光纤同时作为增益介质和滤波元件,优化多模光纤长度和保偏掺铒光纤长度保证了波长间隔的最佳匹配,级联滤波器的滤波周期为4.89nm.调节偏振控制器,光纤激光器实现了单波长、双波长、三波长以及四波长可开关激光输出,输出激光的边模抑制比均大于40dB,1h内波长波动均小于0.1nm.     

点击化学合成具有聚集诱导荧光特性的双响应性聚合物凝胶（英文）

本文合成了巯基功能化的四苯基乙烯并利用thiol-ene点击化学合成得到聚合物凝胶.基于四苯基乙烯的聚集诱导发光特性,聚合物凝胶的合成过程可以通过四苯基乙烯荧光发射性能的变化进行监测.此外,由于凝胶的还原和酸性环境响应性,在二硫苏糖醇和三氟乙酸存在下,凝胶的荧光发射会被猝灭,这种双重刺激响应性使其在荧光传感成像、癌症诊断和自愈合材料方面具有潜在的应用价值.     

基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究（英文）

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准。但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效。提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度。本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。     

基于金线填充的双芯光子晶体光纤偏振分束器（英文）

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器,并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合,导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比,所提出的偏振分束器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明,长度为0.263mm的偏振分束器,在波长1.55μm处消光比达-70dB,-20dB消光比带宽为124nm.     

超小自聚焦光纤探头的研究进展（英文）

梯度折射率(Gradient-index,GRIN)光纤探头是一种全光纤型超小光学镜头,在心血管等狭小空间组织内窥影像检测中具有广阔的应用前景。但其发展一直缺少系统的理论体系。本文讨论探头设计、制作和性能测试等方面的关键问题。基于GRIN光纤探头聚焦性能的特征参数,对解析设计方法与数值仿真设计方法进行比较分析。针对超小GRIN光纤探头的制作难题,研究一种光纤熔接和切割的高精度一体化集成装置,描述GRIN光纤探头的制作方法。此外,分析了超小GRIN光纤探头聚焦性能检测的方法及装置。本文为超小GRIN光纤探头的设计、制作及性能测试提供了一个方法体系。