同时测量温度和曲率的光纤传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅和马赫-曾德干涉仪相结合的同时测量曲率和温度的光纤传感器.该光纤传感器在马赫-曾德干涉仪中熔接一段布拉格光纤光栅,其中马赫-曾德干涉仪由两个花生形结构单模光纤熔接而成.实验结果表明,马赫-曾德干涉仪的透射谱中干涉峰和光纤布拉格光栅透射谱中谐振峰对曲率和温度有不同的响应灵敏度,因此可以利用矩阵实现对曲率和温度的同时测量.实验中测得马赫-曾德干涉仪曲率灵敏度为-27.58nm/m-1,光纤布拉格光栅在一定的测量范围内对曲率的变化不敏感,马赫-曾德干涉仪和光纤布拉格光栅的温度灵敏度分别为0.038 69nm/℃和0.012 17nm/℃.该系统采用全光纤结构,光纤布拉格光栅嵌入到马赫-曾德干涉仪中,因而结构紧凑和简单,且易于实现.     

分布式光纤布里渊散射温度传感实验系统

提出一种基于布里渊光时域反射计法的分布式光纤布里渊散射温度传感系统.光源采用窄谱半导体激光器.声光调制器将光源调制成窄脉冲,并由高增益光纤放大器放大,产生高功率光脉冲信号,提高了自发布里渊散射信号的强度.采用双通马赫-曾德干涉仪将布里渊散射从瑞利散射中分离出来,在一段4.25 km长的光纤上进行分布式温度传感的实验研究.双通马赫-曾德干涉仪对瑞利散射进行了很好的抑制,得到了比较纯净的随温度变化的布里渊散射信号.     

混合干涉型分布式光纤传感器PGC信号解调设计与实验分析

对一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统调制解调技术进行研究,对PGC解调技术进行理论分析。针对所选泄漏分布式光纤传感特点设计了PGC解调硬件电路,并对PGC解调电路进行了测试。实验中待测信号为0~50 kHz,载波频率为300 kHz,截止频率为50 kHz, 移相后与待测信号的相关系数达到0.95,谐波失真小于3%,泄漏源位置为7.865 km,泄漏检测定位系统绝对定位误差为235 m,相对定位误差为2.35%。本解调定位系统具有稳定性和抗干扰性。     

VISAR准零程差调试方法研究

介绍了任意反射面速度干涉仪(VISAR)中马赫-曾德干涉仪必须满足的准零程差条件.根据白光光程差调试精度高但不易相干的特点,提出了先利用激光粗调,再利用白光调试来实现零程差精密调节的方案.详细分析了激光粗调马赫-曾德干涉仪的调试原理、调试精度以及光程差不确定性.针对光程差不确定性,提出了改进的激光粗调方案,将光程差调节精度由毫米量级提高到微米量级,大大减小了白光调试的盲区,使白光精调变得简易可行.干涉仪最终光程差调试精度为1.6 μm.     

运行双协议相位调制的量子密钥分发系统

基于差分编码方式提出一种改进方案.在Alice端用光纤马赫-曾德干涉仪产生双脉冲差分信号；在Bob端，用双法拉第反射式麦克尔逊干涉仪代替光纤马赫-曾德干涉仪，这种干涉仪能自动补偿环境引起的偏振抖动和光纤双折射引起的相位漂移，从而提高系统稳定性.双协议(即双脉冲差分协议联合BB84协议)的使用，增强了系统的安全性.该系统具有高效、安全、简洁、稳定等优点，在实验上实现了长期稳定的密钥分发和量子保密通信，误码率<5%，传输距离达80km.     

基于周期极化反转铌酸锂光波导高速非归零码到归零码的转换

研究了基于周期极化反转铌酸锂光波导级联二阶非线性效应实现非归零码到归零码高速全光码型转换的新方案,使用的是马赫-曾德尔干涉仪结构.转换原理是非归零码信号光在级联倍频和差频过程中受到的放大作用引起马赫-曾德尔干涉仪的不平衡,进而通过干涉相消产生归零码信号光输出.首先从耦合波方程出发,数值模拟了非归零码到归零码码型转换过程.然后分析了波导长度、光功率、相对时延对消光比的影响并对码型转换进行了优化设计.最后分析了转换带宽,模拟计算表明信号光在90nm的3dB带宽内可调谐,进而可以实现多信道的同时转换. 关键词： 码型转换 级联倍频和差频 周期极化反转铌酸锂 马赫-曾德尔干涉仪     

基于多芯光纤级联布喇格光纤光栅的横向压力与温度同时测量

提出并制作了一种基于多芯光纤与单模光纤错位构成的马赫-曾德尔干涉仪,将其与光纤布喇格光栅级联,形成的全光纤传感系统可实现横向压力和温度双参量同时测量.马赫-曾德尔干涉仪是利用多芯光纤和单模光纤的模场不匹配而发生模间干涉,当外界横向压力直接作用在多芯光纤内部光场,干涉仪具有较高的灵敏度.实验结果表明:马赫-曾德尔干涉仪压力灵敏度为28.57nm/(N·mm~(-1)),线性度为0.997,而光纤布喇格光栅在一定范围内对压力变化不敏感;马赫-曾德干涉仪和光纤布喇格光栅对温度变化都具有较高的线性度,温度灵敏度分别为56.1pm/℃和11.3pm/℃.对于分辨率为0.02nm的光谱仪,传感器可实现的压力和温度测量分辨率分别为7.0×10~(-4)N/mm和0.03℃.马赫-曾德尔干涉仪的透射谱和光纤布拉光栅的谐振峰对横向压力和温度的变化有不同的光谱响应,利用光谱仪对传感器的透射谱实时监测,方便地实现了压力与温度双参量的测量.该传感器结构简单,灵敏度高,可用于不同领域的压力传感.     

单环和双环微环谐振腔应用于马赫-曾德尔干涉仪滤波器的特性分析

将微环谐振腔应用于普通马赫-曾德尔干涉仪滤波器中,构成一种新型滤波器,用信号流程图法推导了其输出端传递函数,并对其输出结果进行了模拟.结果表明:该滤波器能输出透过率近似平顶和平底的矩形方波,自由光谱范围达111GHz,消光比达10.2dB.和普通的马赫-曾德尔干涉仪滤波器相比,自由光谱范围、消光比、精细度都显著提高.改变微环谐振腔和马赫-曾德尔干涉仪滤波器的组合方式,得到更多的输出波形.讨论了各项参量对器件输出性能的影响.     

基于量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪的低频信号测量

利用低频光通信波段真空压缩态光场可实现基于光纤的量子精密测量.本文利用简并光学参量振荡器实验制备出1550 nm低频真空压缩态光场.在分析频段10—500 kHz范围内压缩态光场的压缩度均达3 dB.用实验制备的1550 nm真空压缩态光场填补光纤马赫-曾德尔干涉仪的真空通道,实现了量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪,完成了突破标准量子极限的相位调制频率为500 kHz的低频信号测量.与光纤马赫-曾德尔干涉仪相比,测量信噪比提高了2 dB.     

光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.     

机载红外设备多平台协同探测无源定位方法

随着科学技术的发展日新月异,红外侦察设备已越来越广泛地应用于机载平台.典型机载红外设备红外传感器和激光传感器作用距离存在着明显的不匹配问题,对超远距离目标无法精确定位.为实现距离缺失条件下远距离或超远距离目标的高精度定位,提出了多平台协同探测无源定位方法.仿真结果表明,多平台协同探测无源定位算法可有效实现高精度目标定位...     

三维信息测量的运动声源无源测距

针对运动声源无源测距问题,给出了目标方位、多普勒频移和距离特征量作为测量信息来估计目标初始距离的方法。通过伪线性化的处理方法,构造了一个异方差的线性模型。在声呐平台直航条件下,证明了非径向运动的声源目标,利用3个目标方位、2个多普勒频移和2个距离特征量的观测信息,可以唯一地确定目标的距离、速度和航向,而仅利用目标方位和距离特征量的观测信息,系统是不可观测的。蒙特卡洛数值模拟表明:对于初始距离5 nm(海里)的情形,三维信息测量方法比参考方法的目标距离的平均收敛时间要少200 s左右,收敛时间标准差要少40 s左右。随着初始距离的增加,两种方法收敛时间差有变大的趋势,这意味着三维信息构造的方法的稳健性优于参考方法。实验数据也进一步验证了在300 s左右,目标距离的估计逐渐趋于收敛。因此,该方法可以在稳定的干涉结构条件下,实现运动声源的无源定位。      

载机平台光电转塔目标定位的仿真算法

目标定位是光电转塔典型功能和任务之一,对其定位精度的考量也是转塔作战技术指标之一,针对该问题,从理论和仿真角度进行了分析。分析目标定位中用到的坐标系及其相互转换关系,给出光电转塔视轴反演、有源目标定位、无源目标定位的算法流程,通过仿真实验加以验证,考虑了定位过程中可能的随机误差来源,并分析是否采用均值滤波及其对定位结果的影响,最后通过Monte-Carlo分析计算了定位精度。分析结果表明:1）有源定位比无源定位的精度高,在仿真假设条件下,精度约提高1倍;2）均值滤波后,定位精度有较大提升（约提高15倍）;3）18 km距离时典型无源定位精度在80%置信度条件下约为39.4 m;4）统计直方图反映出80%置信度CEP半径及最大误差距离随载机位置、姿态、转塔视轴等（体现在目标载机距离上）不同参数的变化结果。     

Research on OCDMA-based PON monitoring technologies

An optical fiber fault location method based on OCDMA coding is proposed, which may locate branch optical fiber fault at local side. The method expands dynamic range through coding gain without influencing event distinction degree. Through simulation, it indicates that dynamic range of the method may support optical fiber fault detection in PON with branching ratio of 1:16 and transmission distance of 20 km, while the distinction degree is about 10 cm.     

半正弦波相关型三维激光雷达

提出了基于半正弦波-方波相关法的凝视成像三维激光雷达.用傅里叶级数展开对新方法进行了分析.理论分析表明,半正弦-方波相关可以在抑制高频噪音的同时加大调制的交流分量.基于新相关方法的探测系统可以在不损失测距准确度的条件下可以获得更大的输出光功率从而获得更大的探测距离.采用基于新方法的探测装置对~70 m外约100 m2的目标进行了探测实验.实验结果表明,基于新方法的激光雷达在60 m处的分辨率约为0.3 m,从而验证了理论分析的结论.     

像散法离焦检测中的像散透镜参数设计

推导出了离焦量与聚焦误差信号功率的关系式。利用MATLAB软件仿真,详细分析了像散透镜系统各个参数对离焦量、灵敏度、光斑大小等的影响,得到了像散圆透镜与像散柱透镜焦距之间的距离关系。结果发现聚焦物镜和探测器参数对最小离焦量、灵敏度、精度有决定性的影响。提出了像散透镜系统各光学参数选择的原则和方法,并以德国Silicon Sensor公司的QP50-6型四象限探测器为例,详细分析了离焦量与聚焦误差信号功率的线性关系。这些工作对建立满足应用对象要求的像散法离焦检测系统具有重要的指导意义。     

分子链长对烷烃硫醇分子电输运性质的影响

在杂化密度泛函理论的基础上,利用弹性散射格林函数方法研究了烷烃硫醇系列分子的电输运性质,并同实验结果进行了比较。研究结果表明,在低的外加偏压下,烷烃硫醇分子电流值随着分子链长度的增加而指数减小,其衰减常数约为1.41/CH2,且衰减常数基本上与外加偏压值的大小无关。分子末端原子与探针的距离具有较大地自由度,不同的接触距离导致了分子的电流值有较大地差别。     

基于MATLAB的黑体辐射量计算

介绍了黑体辐射理论,利用MATLAB求解了普朗克黑体辐射公式在有界域λ1～λ2内的积分,通过实例对梯形法和辛普森法两种数值积分方法进行了分析和比较。并在此基础上对距黑体一定距离处探测器表面的辐照度值E进行了研究。通过分析可知,利用梯形法和辛普森法能够方便求出黑体在有界域内的辐出度值。此外,利用MATLAB编制的相应的计算界面,能够实现辐出度和辐照度的快速计算。     

用变分法研究高阶色散和五阶非线性对高斯脉冲在光纤中传输特性的影响

从修正的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了在高阶色散和五阶非线性共同作用情况下高斯型脉冲参量随传输距离的演化方程组;求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个重要约束关系;并进一步得出了脉宽随传输距离演化的解析解和脉冲中心位置随传输距离的演化规律;描绘了高阶色散和五阶非线性下,脉宽随传输距离演化的图形.结果表明:光纤中的高阶色散和五阶非线性都会影响高斯型脉冲各个参量的演化,但脉宽和振幅间的绝热关系并未改变.高阶色散使高斯型脉冲的脉宽展宽,五阶非线性使高斯型脉冲的脉宽压缩,它们对脉宽或初始啁啾的影响可以在一定程度上抵消,从而有可能使脉冲近似实现保形传输.     

车载天然气管道泄漏遥感探测技术的研究

我国天然气工业已经进入了迅速增长阶段,其作为一种洁净、高效的能源在经济发展以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。天然气在生产、加工、运输和储存等过程中泄漏是难以避免的,这不仅会造成浪费,甚至还会造成重大灾难事故,这就使得对天然气管道泄漏进行探测显得尤为重要。文章围绕着车载式天然气管道泄漏遥感探测展开研究,设计并建立了一套车载式天然气管道泄漏遥感探测系统及模拟车载运动条件的实验平台,提出了一种简易可行的积分浓度标定方法。同时基于此实验平台和新的标定方法对不同反射距离,不同反射体,不同反射角度以及不同运动扫描速度进行了测量对比,用以模拟真实外场环境。实验结果和理论分析具有很好的一致性,该系统可实现探测距离为70m,时速为53.3km.h-1下,对较低浓度标准气体进行遥感探测,最小探测极限为28.9ppm.m。实验结果能够满足实际探测需要。