波长扫描极值解调法实现光纤光栅应变和温度传感的测量

本文用可编程调谐光纤光栅环行腔激光器作扫描光源,采用波长扫描极值传感解调法对光纤光栅应变及温度进行了测量。应变测量范围为±2440με,灵敏度为0.016step/με;温度测量范围达608℃,灵敏度为0.13step/℃。     

光纤光栅传感器波长移位检测方法

光纤光栅波长移位检测是光纤光栅传感器的核心技术之一,已提出的光纤光栅波长移位检测方法有被动解调法、匹配光栅法、非平衡Mach-Zehnder干涉仪法、可调谐窄带光源法和激光锁模法等详细介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的波长移位检测方法,分析了各种检测方法原理.重点讨论了非平衡M-Z干涉仪法和可调谐窄带光源法,并对以上各种方法的优、缺点进行了分析和讨论.     

基于阵列波导光栅的快速波长检测方法

针对现有波长检测技术的不足,提出一种采用阵列波导光栅（AWG）进行波长快速检测的方法,该方法利用AWG对波长信号进行空间分离,将波长信号转化为光场强度信号,利用传统的光场强度检测手段实现波长检测。给出了分析这种检测方法光学特性的数学模型,应用此模型,分析了AWG性能参数对波长检测性能的影响。分析表明：待检测的波长信号可以通过AWG相邻通道的功率比的对数值进行线性表达;减小AWG通道波长间隔或其半波全宽（3dB带宽）可以提高波长检测灵敏度;此方法对AWG的通道不平坦度不敏感;通过对AWG进行±0．1℃的温度控制,此方法可以达到±0．005nm的波长检测精度。     

光纤光栅传感器的波长检测系统及其理论分析

理论分析并实验研究了基于光纤光栅滤波调谐技术的光纤光栅传感系统。分析了由于光源光强度波动及光纤扰动而引起的波长测量误差，并给出了减小测量误差的方法。该系统采用应变仪作为读出设备，使测量结果的线性拟合度达0．9995，测量光纤光栅布拉格波长移动的最小分辨率为1．3pm。     

用双周期光纤光栅实现温度和应变的同时测量

介绍了光纤光栅传感器的一般原理，分析了长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的应变和温度响应机理。结果表明，长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与纤芯参数和光栅周期有关，还依赖于包层参数。在同一根光纤上先后写入长周期光纤光栅、Bragg光纤光栅，利用长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅基模与包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同，实现应变和温度的同时测量。     

光纤激光器中激光波长相对于光纤光栅反射中心的偏移

在用光纤布拉格光栅作为反射器的掺镱光纤激光器的输出光谱中发现激光波长相对于光纤光栅反射中心偏移的现象，偏移量相当于光纤光栅反射带宽的一半。通过实验证明偏移现象与光纤光栅的反射特性和热效应无关，并且在不同的温度和不同的光纤光栅反射波长的情况下都得到了同样的结果。采用激光增益线形的有关理论，对这一现象进行了分析，实验结果与理论分析相一致。     

利用双周期光纤光栅实现应变和温度同时测量

提出了一种新颖双周期光纤光栅传感器。在同一段氢载光纤上先后写入长周期光纤光栅、短周期布拉格光纤光栅 ,利用长周期光栅和布拉格光栅对应变和温度敏感性的差异 ,可实现应变和温度的同时测量。实验中采用这种灵敏结构的双周期光栅 ,在 0～ 170 0 με和 2 0℃～ 12 0℃范围内 ,测量精度可达到± 16 με和± 0 8℃。     

窄带吸收光谱扫描技术在气体定量检测中的应用

提出一种基于窄带气体吸收光谱扫描技术的气体定量测量系统。利用可调谐光纤滤波器(TOF)输出的窄带光作为探测光,结合波长调制技术,克服不同气体间的交叉敏感,提高了对环境中待测气体测量的选择性。为克服TOF非线性特性对测量结果的影响,提高系统运行稳定性,系统以光纤光栅反射光谱作为参考波长,实现了TOF透射光波长调制范围以及调制中心的稳定控制。为提高系统测试灵敏度,开发了以同步累积器为核心的微弱信号检测电路,实现了系统微弱响应信号的高灵敏度提取。以乙炔气体为实验气体,通过实验证明系统响应与输入乙炔气体浓度之间具有良好的线性关系。当信噪比为3时,系统最低检测限为5×10-6。     

光纤光栅梳状滤波器及其在新型可选波长激光器中的应用

对现有在同～段光纤上多次写入光栅制成光栅梳状滤波器的方法进行了改进,利用增加光栅长度,精确控制不同光栅的曝光时间,并结合调整光栅实际写入长度的方法,制成了不均衡度小于5％、最低峰值反射率高于95％的光纤光栅梳状滤波器;同时提出了一种新颖的可选波长光纤激光器结构。采用由上述方法制作出的反射率均衡的光纤光栅梳状滤波器和可调光滤波器结合在一起进行波长选择,实现了波长的快速准确选择,同时各个波长激光的输出特性稳定,功率均衡性好,边模抑制比大于50dB。     

F-P标准具温度特性对光纤光栅波长解调精度的影响

F-P标准具的特性易受温度影响,温度变化时,其透射峰会发生漂移,将其应用于光纤光栅波长解调时,温度波动会给波长解调精度带来影响。分析了F-P标准具的温度特性对光纤光栅波长解调精度的影响程度,并分别采用温度稳定性为1.5 GHz和3 GHz的F-P标准具进行了稳定性和重复性实验。实验结果表明:光纤光栅传感器的中心波长不同,由F-P标准具的温度特性产生的解调误差也不同;采用2种F-P标准具测得的稳定性误差最大值分别为0.528 pm和0.676 pm,重复性误差最大值分别为1.77 pm和2.01 pm。     

探测光波长漂移对能见度测量的影响

为了研究探测光波长的漂移对能见度测量的影响。从Koschmieder经验公式的定义出发,根据实验测得400 nm~1 100 nm波段的气溶胶透过率,分析研究探测光波长漂移对能见度测量结果的影响。结果表明,能见度测量的相对误差与探测光波长和波长的漂移范围以及气溶胶消光特性有关,能见度测量的相对误差随着探测光的波长漂移范围线性增大,随着波长漂移范围的增大,各个波长的能见度测量相对误差线性增大的速率不同,对于相同的波长漂移范围,使用不同的探测光波长产生的能见度测量相对误差不同。对于某一大气环境,使用特定的波长而且中心波长稳定的光作为探测光可以明显减小由于探测光波长漂移引起的能见度测量相对误差。     

激光波长对拉曼散射水温遥感系统测温精度及探测深度的影响

机载激光拉曼散射雷达技术可以快速获取次表层海水温度的三维分布,具有重要的实用价值和经济价值.首先,从理论上分析了水的伸缩振动拉曼谱峰值位置和半高全宽与激发波长之间的对应关系,发现随着激发波长的增大,拉曼峰逐渐向长波方向移动,且拉曼光谱半高全宽显著增大.然后,实验测量了不同温度下450 nm激光和532 nm激光激发的水的拉曼光谱,对比验证了上述理论分析结果.并采用单高斯峰拟合法分析了两组拉曼光谱,拟合出高斯峰峰值位置与温度之间的关系,分析了激发波长对温度测量精度的影响.研究发现,采用较长波长的激发光可以提高拉曼光谱的测量精度,从而改善测温精度.最后,建立了拉曼散射雷达方程,分析了拉曼散射系数与激光波长之间的关系,研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响.结果表明,激光波长对雷达系统探测深度有很大的影响,采用480 nm以下波长的激光时雷达系统探测深度较大,而采用长波段激光时雷达系统探测深度会大幅降低.实际系统设计中选取激光光源时需要综合考虑上述两方面的影响.     

耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究

以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG，当温度超过300℃以上，光纤光栅已变黑变脆，虽然有传感特性，但已不能在实际中应用；通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验，发现耐高温FBG处于20℃～350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系，且光栅性能良好，没有出现被碳化现象，灵敏度为0.01nm/MPa；随着温度进一步升高，FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明，耐高温光栅适合于高温油气井下应用。     

气体浓度激光光谱检测温度影响修正研究

基于激光吸收光谱技术的气体检测手段具有非接触,分辨率高,灵敏度高等优势,然而激光在线检测气体过程易受温度变化导致其浓度测量偏差增大。以氨气为研究对象,探究了温度对氨气吸收谱线线强的影响规律及影响机制,搭建了非常温条件（298 K至323 K）氨气激光检测实验平台,提出了气体吸光度-温度关联式法对浓度反演结果进行修正处理。结果表明:浓度一定时,总配分函数比值rQ是氨气分析吸收线强随温度升高过程中的主导控制因素,总配分函数比值与温度的负相关关系造成氨气光谱吸光度随温度升高而降低;修正前浓度反演值随着温度升高而降低,温度达到323 K时,浓度反演值为3.13%,与标准浓度值相比其误差高达37.4%,经过修正后的浓度反演值与标准浓度值的相对误差在0.2%～1.4%范围内。     

高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射

研究了嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射的实验结果.相干辐射是通过约瑟夫森结阵列与基片(作为一个介质谐振器)和Fabry-Perot(FP)谐振器的共同作用实现的.由166个高温超导双晶约瑟夫森结串联阵列在77 K温度下产生的相干辐射,辐射峰的中心频率为75.84 GHz,功率大约为10 pW. 关键词： 高温超导薄膜 Fabry-Perot谐振腔 约瑟夫森结 毫米波辐射     

Self-calibration wavelength modulation spectroscopy for acetylene detection based on tunable diode laser absorption spectroscopy

The expressions of the second harmonic(2f) signal are derived on the basis of absorption spectral and lock-in theories.A parametric study indicates that the phase shift between the intensity and wavelength modulation makes a great contribution to the 2f signal.A self-calibration wavelength modulation spectroscopy(WMS) method based on tunable diode laser absorption spectroscopy(TOLAS) is applied,combining the advantages of ambient pressure,temperature suppression,and phase-shift influences elimination.Species concentration is retrieved simultaneously from selected 2f signal pairs of measured and reference WMS-2f spectra.The absorption line of acetylene(C_2H_2) at 1530.36 nm near-infrared is selected to detect C_2H_2 concentrations in the range of 0-400 ppmv.System sensitivity,detection precision and limit are markedly improved,demonstrating that the self-calibration method has better detecting performance than the conventional WMS.     

Small target detection based on accumulated center-surround difference measure

Small target detection is a critical problem in the Infrared Search And Track (IRST) system. Although it has been studied for years, there are some difficulties remained due to the clutter environment such as the cloud edge and the horizontal line. In the homogeneous area such as sky, cloud-inner area and sea surface area, target can easily be detected, but in heterogeneous area which contains cloud edge, sky-sea line the target may be falsely detected. This paper proposes a novel method called accumulated center-surround difference measure to detect infrared small target in heavy clutter. Each pixel’s accumulated center-surround difference measure is computed by using sliding window manner. The measure can effectively distinguish target region and heterogeneous region. Experimental results show our method achieves better performance.     

普遍色散关系下的热波长

指出目前教科书和文献所用的热波长概念仅适用于非相对论性系统，而本文引进了普遍热波长的概念。由此可使理想量子气体的热力学函数表示成统一的简洁形式，并进一步揭示了热波长的物理内涵。另外还导出玻色－爱因斯坦凝聚温度和费米温度间的普遍关系。     

双边缘均值光纤Bragg光栅波长解调技术

光纤Bragg光栅（FBG）传感器是一种波长调制型传感器，波长解调技术是FBG传感系统的关键，通常是对FBG反射谱进行波形采样，得到反射谱的峰值信号，以此作为FBG中心波长的特征值。这种方法需要实时采集大量数据，所以影响解调速度。通过对FBG反射谱的分析，得出FBG反射谱具有很好的对称性。在此基础上提出了采用反射波双边缘均值的方法测算中心波长。实验证明，采用这种方法进行波长解调，可以使FBG信号处理简单、动、静态波长时测算精度高，可以极大地提高解调系统处理FBG传感信号的速度。