高强度光纤光栅与碳纤维的复合及应变传感特性研究

针对光纤光栅工程化应用性能不佳的问题,提出将高强度光纤光栅与碳纤维材料复合,介绍了复合样品的结构形式,分析了应变传递过程,然后对其应变传感特性和疲劳性能进行了实验研究。结果表明:复合样品能够达到较高的应变传递效率,具有良好的应变传感特性;疲劳实验中复合样品保持正常工作,波长变化曲线的幅度稳定;疲劳实验前后复合样品的应变传感特性基本不变,应变灵敏度系数分别为1.12和1.17pm/με,应变响应曲线的线性度均高于0.999,重复性分别为0.623%和0.397%。     

基于双锥形光子晶体光纤的折射率传感器

设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉仪,并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型,研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明,透射光谱随环境折射率的增加发生红移,灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品,搭建了实验系统,在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测,实验结果表明,折射率在1.3222~1.3538范围内,透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点,适用于生化和物理传感领域。     

螺旋布设光纤光栅的软体操作器形状传感方法

为实现微创手术软体操作器弯曲伸缩运动时的形状测量,提出一种螺旋布设光纤光栅形状传感方法。不同于传统的直线形布设方法,螺旋形布设方法可以防止软体操作器弯曲伸缩运动时,光纤光栅的折断、脱胶现象发生。理论分析了螺旋布设光纤光栅的传感原理及弯曲变形的重构算法;制备了光纤光栅沿螺旋形布设在软体操作器表面的试样;搭建了软体操作器弯曲变形的实验系统;实验分析了软体操作器在不同弯曲状态下,螺旋布设光纤光栅中心波长漂移量与弯曲角度间的变化规律,并重构出软体操作器的变形形状。实验结果表明:螺旋布设光纤光栅在软体操作器中不同位置的灵敏度最大为7.1pm/(°),软体操作器弯曲角度实际测量值与理论重构值间的最大误差不足4.29%。螺旋形光纤传感方法可用于软体操作器形状传感与重构。     

光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25 ℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性,这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。     

基于光纤光栅传感网络的电梯健康状态监测系统

针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题,提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理,采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢架结构的光纤光栅远程传感监测系统,设计应变和位移传感器阵列,并研究了光纤光栅应变计和位移计的解调算法。然后使用电梯钢架结构实物模型搭建相应的试验系统,安装光纤光栅应变计和位移计准分布式网络进行测试,并开发配套的电梯钢接结构运行健康状态监测软件,试验测试结果表明,系统能够实时响应,稳定性良好。该系统为室外大型竖行和斜行电梯的安全运行提供了实时监测数据和安全预警功能,可为其“按需维保”提供大数据支撑。     

基于光热敏折变玻璃的反射式体布拉格光栅

为了稳定高功率半导体激光器的输出波长并且压缩 其光谱带宽,通常采用反射式体布拉格光栅(VBG)作为反射镜来构造外腔半导体激光器。V BG是利用激光全息技术,在一种特殊的感光玻璃上制作的周期性调制折射率结构。采用传统 的高温熔融-淬火工艺设计并制备了一种新型的光热敏折变(PTR)玻璃。测定了PTR玻璃的 玻璃转变温度和软化温度。在400 nm波长以上,获得了高达 91%的透过率。通过紫外全息曝光和两步热处理工艺成功实现了NaF纳米晶在PT R玻璃中的析出。在PTR玻璃上记录了布拉格波长为975.80 nm的反射 式VBG,并将其用于高功率半导体激光器(LD)的波长锁定。利用衍射效率为13.97%的反射式VBG,可实现半导体激光器输出波长准确地锁定在975.80 nm。输出线宽被有效压缩到0.4 nm以下。在相同的水冷 温度下,不同输入电流(2A→10 A)实现了仅仅0.06 nm的红移。在输入功率为10.2 W时,单管LD的最大输出功率 为9.7 W。     

大间距相控阵天线栅瓣抑制技术研究

适当增加阵元间距有利于降低相控阵天线的成本,但是会带来不期望的栅瓣。文中针对5×5大间距相控阵天线栅瓣抑制技术进行了研究。改进了传统遗传算法,增加了种群的多样性。首先采用改进的遗传算法优化得到局部解,然后运用模式搜索算法优化得到最优解,并对阵列口径及阵元最小间距进行约束。其次,结合实际的工程应用,对阵元位置进行约束,优化出便于生产应用的最佳阵列排布。仿真结果表明,优化后的阵列,最大栅瓣电平得以有效抑制,满足工程应用的要求。     

Apodized chirped fiber Bragg grating for postdispersion compensation in wavelength division multiplexing optical networks

In this paper, a postdispersion compensation unit is proposed leading to a better performance for the optical communication systems. This unit utilizes a chirped fiber Bragg grating (CFBG). For enhanced performance of the CFBG, a proper apodization function is chosen to improve the quality factor (Q‐factor) and the bit error rate (BER) of the system. A 110‐km wavelength division multiplexing (WDM) optical link is investigated. The system performance is evaluated through its Q‐factor, eye diagram, and BER showing best performance when using the Hamming apodization function.     

基于光谱控制与色散优化的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、精密测量、军事国防、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。     

阵列波导光栅解复用器的偏振相关损耗的优化

对硅基二氧化硅阵列波导光栅解复用器(AWG DEMUX)的偏振相关损耗(PDL)进行了优化。理论分析了引起AWG偏振相关性的物理因素以及消除偏振相关性的工艺方法和条件。利用化学气相沉积、光刻和刻蚀等半导体工艺制备了AWG DEMUX芯片,并结合理论分析对包层材料中的硼(B)、磷(P)含量进行了优化调整,成功地将芯片的PDL降低至0.12 dB,使PDL参数满足芯片的商用化需求。