盐浴复合热处理氰酸根顺序注射研究和测定

一种新的金属表面改性(quench-polish-quench,QPQ)盐浴复合热处理技术能大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性。氮化盐中氰酸根离子(CNO-)的含量是QPQ工艺质量控制的重要参数。研究采用分光光度和顺序注射法对氰酸根离子(CNO-)含量进行定量分析。研究了将CNO-离子通过高温高压定量转化成铵根离子(NH+₄),再依据水杨酸分光光度法,通过对NH+₄的测定,间接实现氰酸根离子含量的检测,选取697 nm为定量分析谱线,实验结果表明检测的线性范围0.02~0.6 mg·kg-1,最低检出限为0.018 mg·kg-1,基于顺序注射法实现QPQ工艺中CNO-含量全自动原位检测。测量均值相对误差和相对标准方差分别为1.31%和0.92%,测定结果满足要求,精确度高和重复性好,优于传统化学滴定法,为盐浴复合热处理技术中氮化盐氰酸根的全自动原位测定仪器开发提供了理论和技术支持。     

光纤照明用LED耦合装置设计

光纤照明用LED光源耦合装置多采用透镜组,其汇聚光斑小,但透镜组光能损失大。针对LED光源发光特性及聚合物光纤孔径大的特点,提出LED灯珠侧式安装和反射器切割移位优化法,设计一种基于椭圆反射器的光纤照明用LED耦合装置。运用John OFarrell的逼近算法计算出不同偏心率的椭圆反射器结构参数,结合光纤光学参数仿真比较耦合光效,得到一组偏心率和光纤直径匹配的高效耦合装置结构参数,并运用该方法设计了一款光纤直径10 mm、数值孔径0.5的光纤照明用LED耦合装置,其理想耦合光效达93.35%。     

基于波分耦合器的光纤布拉格光栅传感器

为了实现对光纤布拉格光栅传感器的波长解调,使用普通的光纤波分耦合作为波长鉴别器件,将波长的变化转变成光强的变化,并用双路差动放大去除光源强度变化和外界干扰的影响。使用发光二极管(LED)作为光源以降低系统成本,因此使用调制光源和交流放大器对信号进行处理。实验达到约10με的应变测量分辨力和0．2℃的温度测量分辨力。是目前最廉价的光纤布拉格光栅传感器之一。     

集成透镜InGaAsP/InP DH LED特性研究

本文设计与制作了集成球透镜1.3μm InGaAsP/InP DH LED,并对集成透镜LED的频响特性,光强远场分布以及与光纤的耦合特性等方面进行了测试分析.研究结果表明,球透镜LED与标准光纤的耦合效率较之乎面型LED有显著提高,达7.5%,器件截止频率也比平面型LED提高的20%,最高截止带宽达425MHz.     

LED光源谱线宽度测试实验

设计了LED光源谱线宽度测试实验,利用迈克耳孙干涉仪、LED光谱测试系统2套实验装置对LED光源的波长、相干长度和谱线宽度作了对比性测量.     

发光二极管的光电特性测试实验

使用自主构建的简易装置测量了发光二极管的光谱曲线、光强分布、调制带宽.随着LED工作电流的增加,LED总发光功率减少,峰值波长向长波方向移动.LED的光强分布呈椭圆对称分布,近似符合朗伯光源定律.LED的调制带宽约为100kHz,调制特性曲线呈下降趋势.通过该实验学生加深了对辐射学、光度学、光电检测基本概念和方法的理解.     

基于LabVIEW的LED三维特性检测的研制

为了解决传统配光曲线只能反映LED发光二维特性、立体感太差及不便于人为观察比较的难题,提出一种新的基于高级图像编程语言(LabVIEW)的LED三维特性(光强空间分布)快速检测方法。在传统光强空间分布检测方法的基础上,采用多路光度探测单元同步测试,可在0.2s内一次性由31个探测单元同步测得LED光源的二维光强空间分布（配光曲线）。通过增加旋转机构转动待测LED样品,依次测得i(i=180°/α)条配光曲线。最后由自研软件将i条配光曲线进行数据汇总处理,便可得到LED光源的光强空间分布的三维立体图。该检测方法具有速度快、精度高、信息量大等优点,并且具有实时性和直观性。     

基于侧向耦合结构的准分布式光纤液漏传感器

针对现有的准分布式光纤传感测量技术复杂、精度不高且响应时间较慢等问题,设计出一种实时性高且成本更低的准分布式光纤传感器。传感器主要由柔性LED灯带和带有侧向耦合结构的聚合物光纤组成。侧向耦合结构被LED逐一照亮,形成一系列传感单元。光通过侧向耦合结构入射聚合物光纤中,当LED和耦合结构之间的介质改变时,耦合光强增加,光纤两端输出光强随之增加,则可将液漏事件转化为耦合介质改变来测量。结果表明,准分布式光纤液漏传感器具有检测和定位漏水信号的能力且定位精度小于等于10cm,实现了液漏检测和漏点定位的功能。     

光纤表面粗糙度检测系统的研究

基于传光型光纤传感器,利用反射式光强调制原理,设计了一套材料表面粗糙度的检测系统。整个系统包含光源、Y型光纤束、反射调节控制装置和数据采集部分,采用单片机作为控制系统。分析了光纤束端面与检测样品距离的变化对检测结果的影响。     

仪用LED光源均匀性及稳定性研究

研究了采用发光二极管（LED）作为光谱仪器光源所涉及的相关技术。LED的发光光谱具有一定的带宽,用滤光片滤波得到带宽少于10nm的窄带光源,并根据LED在不同波段的的光强设定相应的脉冲驱动电流,在一定波长范围内实现平坦的光强输出;除了通过精密恒流源提供电流驱动LED稳定发光外,采用双光路的方法可以进一步减少光源稳定性对检测系统的影响。     

应用于塑料光纤系统的LED的温度特性及其补偿

本文介绍了塑料光纤系统的特点,光源和探测器的温度特性以及温度补偿方法,并指出塑料光纤系统是当前传输距离50米以内应用最活跃的光通信系统和光纤传感器系统。     

基于自由曲面的光纤照明用耦合透镜设计

提出一种基于自由曲面的光纤照明用耦合透镜的设计方法。通过非成像光学设计,以光学扩展量与折射定律为理论基础,自由曲面迭代优化,实现光源与光纤之间的低损耗耦合。仿真结果表明:以LED芯片作为光源,该透镜可以将光通量传导效率提高至89%以上,具有良好的应用和发展前景。     

实现微位移测量的非本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器

从光纤耦合和多光束干涉的原理出发,建立了非本征型法布里_珀罗干涉仪光纤传感器的理论模型,得到了用光谱法进行绝对距离测量的公式。设计出了传感器探头的结构,并搭建了系统。用LED作为宽带光源所得到的反射光谱可用于实际样品的微位移测量。实验结果表明,该传感器理论模型的数值模拟结果与实验结果是一致的。对实验数据进行了误差分析,所得到的测量精度可达到1μm。     

一种LED光能收集光学系统的设计

LED作为照明光源在现代光电仪器中得到广泛应用,光能利用效率与光学系统形式密切相关.针对将大发散角LED的光高效会聚到光纤接收端面的需求,提出了一种椭球面和聚光透镜组合光学系统设计的思路.推导了椭球面几何参数、聚光透镜高斯参数等的计算公式,讨论了此类光学系统设计必须满足的约束条件.实例验证了设计方法的可行性.     

基于非球面透镜的空间光场光纤耦合系统研究

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题,设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计,然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验,比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明,采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47％,与仿真结果45％非常接近,且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方;而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20％,且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍,这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.     

Radical detection in harsh environments by means of laser-induced fluorescence using a single bidirectional optical fiber

A new experimental method is described enabling detection of hydroxyl radicals (OH) by laser-induced fluorescence in high-temperature gas-phase reactions. This is accomplished by means of a bidirectional optical fiber probe, which is of interest for applications where optical access is limited. An optical setup that allows simultaneous excitation and detection of fluorescence using one and the same fiber has been developed. Complications resulting from coupling as well as laser-induced scattering are addressed, and different fibers are compared with regard to core material composition and geometric collection efficiency. On this basis, a suitable fiber is identified, and OH detection and profile measurements are demonstrated in a premixed laminar flame as reference experiment.     

Pigtailing the high-Q microsphere cavity: a simple fiber coupler for optical whispering-gallery modes

We demonstrate a simple method for efficient coupling of standard single-mode optical fibers to a high- Q optical microsphere cavity. Phase-matched excitation of whispering-gallery modes is provided by an angle-polished fiber tip in which the core-guided wave undergoes total internal reflection. In the experimental setup, which included a microsphere with both an input and an output coupler, the total fiber-to-fiber transmission at resonance reached 23% (total insertion loss, 6.3 dB), with loaded quality factor Q>/=3x10(7) and unloaded Q approximately 1.2x10(8) at 1550 nm. A simple pigtailing method for microspheres permits their wider use in fiber optics and photonics devices.     

COB光源的窄光束均匀照明设计

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题,设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型,由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后,再由菲涅尔透镜控制溢散光,最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹,根据仿真得到的系统性能指标,并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明:窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束,并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑,整体光效达到60%。