日盲紫外波段电晕成像特性的仿真研究

由于国内对紫外的视景仿真研究较少,本文提出了一种基于日盲紫外波段的电晕成像仿真方法。该方法研究了试验电压和探测距离对绝缘子缺陷电晕放电的紫外光子计数的影响,提出了改进的经验公式。提出了利用像素点对应紫外光子仿真电晕放电的算法,得到了电晕放电的紫外仿真图像。通过在vieWTerra视景仿真平台中建立绝缘子模型,获得了可见光图像。将可见光图像和紫外图像通过加权平均图像融合方法进行融合,得到日盲紫外波段的电晕成像仿真图,为研究日盲紫外视景仿真提供了参考。     

飞秒激光刻写FBG在电极放电下的光谱特性

采用电极脉冲电弧放电对紫外激光和飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅(FBG)进行高温激励的研究,实验发现,紫外激光刻写的FBG,光栅透射谱大幅下降,光谱蓝移0.38 nm,飞秒激光刻写的FBG透射谱基本保持不变,光谱红移0.022 nm。特别是当电极在栅区中心位置放电时,光栅透射率上升达到最大,比无电极放电时大8 dB,表现出开关量特性。该特性在光纤开关量器件、光纤调Q激光器、新型光纤光栅解调与局部放电检测等领域具有潜在的应用前景。     

日间电晕紫外照相机的研究

电晕放电对高压传输线和高压设备危害巨大,因此对电晕故障进行检测意义重大.电晕放电发出的日盲紫外波段(240～280 nm)的光尽管比较微弱,但是近地面上来自太阳的这个波段的背景光强度为零.利用这一特点,自行研制了一种日间电晕紫外照相机,即一种光束分光方式的日盲紫外-可见双光谱照相机.照相机采用了一种折反射结构镜头,其口径大、分辨率高,而且所有元件的曲面都为球面,加工工艺简单.在晴天对数十米外的紫外点光源和背景进行野外成像实验,获得了较为清晰的紫外与可见光图片,合成图像也较清晰.     

近红外光谱光纤探头的创新设计用于骨关节炎的原位检测

创新设计了一款操作灵活、方便、适于生物医学原位检测的反射式近红外（NIR）光纤探头,通过将自聚焦透镜耦合到NIR光纤探头的顶端,并对探头结构、光纤排布进行全新设计,使光纤探头具有更高的测量精度和收集效率。通过耦合傅里叶变换近红外光谱仪对蔗糖样本进行NIR光谱采集,发现该反射式NIR光纤探头具有高效便捷的特点以及较高的光谱重复性和信噪比。采用该光纤探头对犬膝关节股骨端关节软骨进行NIR光谱离体原位检测,这些光谱数据经一阶导数2次多项式21点Savitzky-Golay平滑预处理后再进行主成分分析和Fisher判别分析。模型初始案例和交互验证案例正确识别率分别为97.62%、90.47%,样本预测集的识别率达96.43%,证明了采用该NIR光纤探头进行NIR光谱原位检测的有效性及骨关节炎识别的可行性,可为骨关节炎的临床诊断奠定实验基础。     

水中氯化铵浓度光谱检测的实验研究

本文采用自行搭建的实验系统,研究了氯化铵溶液的光谱特性。实验基于多次测量取平均的光谱数据,采用光谱归一化的方法消除光强变化引起的测量误差,通过计算不同浓度的差谱,提取了对氯化铵浓度敏感的733nm、833nm特征波段。两波段的浓度回归结果表明,差谱强度与浓度具有良好的线性关系,对高光谱遥感探测的应用具有实际意义。     

光源谱型对保偏光纤应力传感信号的影响

保偏光纤对入射的线偏振光具有偏振保持能力,用白光干涉系统可实现准分布式应力、温度和位置传感。超辐射发光二极管(SLD)当驱动电流较小时,光谱服从高斯分布;随着驱动电流增加,中心波长向短波方向漂移,光谱畸变,可用两个高斯函数相加拟合。本文详细分析了SLD光源在不同驱动电流下的谱型分布及拟合曲线,并在保偏光纤应力传感系统中进行了实验,实验结果表明随着光源输出功率增加,在耦合点两侧对称分布着伪耦合点。当光源功率为15 mW时,伪耦合点的耦合强度比力致耦合点的耦合强度约小15 dB。     

基于DM8148的双谱段电晕检测系统设计

针对高压输电线路电晕检测及定位问题,设计了基于DM8148的双谱段视频融合电晕检测系统,实现了双路视频的采集、处理、融合、压缩和存储.采用时城递归滤波算法对日盲紫外图像进行去噪处理,利用基于小波变换自适应加权融合法将日盲紫外、可见光两路视频进行实时融合.实验结果表明融合图像具有较好的视觉效果,能够很好地将紫外、可见光检测图像融合,实现电晕放电点检测的准确定位,系统能满足电晕检测的需求.     

基于自适应PCNN的紫外图像融合算法

电晕放电产生的紫外线波长为200~400 nm,为避开太阳光和日光灯的干扰,利用240~280 nm这一日盲波段获取紫外放电图。为能够确定电晕放电的位置,提出了一种适用于可见光图像和紫外图像融合的新算法。以图像空间频率和信息熵作为PCNN对应神经元的链接强度值,并与加权平均法、拉普拉斯金字塔变换方法和小波方法等融合算法相比较。实验结果表明,文中方法优于其它方法,融合效果良好。     

牙科材料光谱色度测试仪的研制

根据国际照明委员会（CIE）推荐的标准,采用CCD和光纤传导技术,以及便于临床使用的微型光栅单色仪,研制了牙科材料光谱色度测试仪。以标准光源和特征谱线对照明光源的光谱强度和CCD对应的谱线位置进行了标定,为克服牙材表面镜面反射的影响采用了45／0模式的光纤探头,光谱分辨率达1nm,在测量条件相同时,重复测量精度优于0．5％,为牙材色度的标准测量提供了条件。     

电晕紫外成像检测技术及其应用研究

利用输电线路和变电站设备电晕可以进行缺陷定位、分析判断绝缘的真实状况。描述了基于日盲滤光片和MCP探测器研制的电晕紫外成像仪,并与可见光摄像机进行同视场检测,实现了电晕的高灵敏检测和定位。为验证紫外成像检测的性能,利用高压尖端放电设备进行了不同放电强度的实验以及电晕放电的现场检测,结果表明：研制的电晕紫外成像仪能够用于高压电晕的检测和故障定位。     

VirtualLab Fusion对SNOM光纤探针外部光场分布的仿真

为了研究扫描近场光学显微镜（SNOM）光纤探针的光学特性,采用基于场追迹方法的光学软件VirtualLab Fusion进行了仿真实验,取得了SNOM光学探针尖端外部光场的分布情况。结果表明,沿z轴方向,不同截面上的光场分布都会呈现小孔衍射的图案,其中心斑点中心强度随着z值的变大而呈近似指数函数衰减,到z=100nm位置处几乎衰减为0;中心斑点轮廓线的半峰全宽随着z值的变大而呈现先不变后增大的趋势,其拐点处于z=20nm位置处,此时对应的中心强度值为7.2V/m2,这个强度值按指数函数计算正好处于z=0nm位置处强度的e-2。结果清晰显示了SNOM光学探针的光学特性,证实SNOM探针工作时需要与样品表面保持在10nm左右的必要性。     

用迈克尔逊干涉仪测量隐失场

提出了一种用迈克尔逊干涉仪探测隐失场的方法.利用切向力调制方法确定安装在双压电陶瓷片上光纤探针与样品间的最小距离,通过压电陶瓷管控制探针移动,用光电倍增管测量光纤探针的输出光信号强度,获得了全内反射产生的隐失场度随探针与样品间距增加而快速衰减的特性曲线.结果表明,这种测量装置具有结构简单可靠、操作方便等特点.     

基于射频信号2阶零功率的链路色散测量技术

为了适应高速率大色散光纤信道对链路色散的精确补偿要求,研究并提出了一种基于射频信号2阶零功率点的信道色散测量方案。采用信号两边带的位相差来测量光纤链路中的色散值,通过在发射端加载射频信号,可以得到接收端射频信号功率大小随链路色散值的周期性变化关系,从仿真光纤链路色散随射频信号频率的变化曲线获得接收端射频信号2阶零功率点位置。结果表明,基于射频信号2阶零功率的信号测量方案色散测量误差可控制在±10ps/nm范围内。相较于1阶零功率点,基于射频信号2阶零功率点信道色散测量方案可满足高速率、长距离大色散光纤信道对色散值的精确测量需求。     

基于图像功率谱的激光散斑评价方法

激光散斑在相干光成像、全息术、多模光纤通信、计量等领域具有重要的应用。为了对激光散斑进行评价,提出一种在频域采用散斑图像功率谱谱宽作为激光散斑评价的方法,设计了一种基于光纤振动的功率谱散斑评价实验装置。采用0.5W,532nm激光作为光源,通过电压驱动音圈电机振动光纤对激光散斑进行控制,利用CCD图像采集卡采集图像后,分别采用散斑图像的对比度方法和功率谱方法对不同驱动电压下的散斑图像进行了分析评价。结果表明,功率谱方法具有较高的灵敏度及较宽的评价范围。     

多功能数字光功率计的设计

在通信系统中,对信号的质量的检测和判断十分重要,特别是在光纤等信道中,光功率和信号质量检测的重要性尤为突出。本系统采用通用的8位微处理器芯片STC89C52RC作为总控制器,实现对光功率和光强的有效检测以及对光信号进行RGB的光谱分析。利用LD激光作为光源,通过前端信息采集部分,将检测到的信号经过放大器放大并经过滤波电路后,经过AD转换器、和单片机的处理,最后再通过LCD1602显示检测到的光功率和光强以及光谱。     

32通道光纤阵列式高灵敏飞秒激光光谱分析仪

针对飞秒激光光谱学研究中对微弱光信号的多通 道光谱分析的需求,提出了一种32通道光纤阵列- 锁相放大光谱分析仪(OSA)设计方案。32通道光纤阵列用于传输线型分布光谱信号,经光电 探测器(PD)转换的电信号 由32通道同步数字锁相放大器进行处理。基于现场可编程门阵列(FPGA)设计的32通道同步 数字锁相放 大器,实现了各路独立的微弱光谱信号同时检测功能。针对飞秒激光光谱测量中重复频率为 1kHz的强干 扰,设计1kHz陷波器,提高信号测量的动态范围。设计的OSA的测量光谱范围 为400～1100nm,通 道光谱间隔为4nm。实验结果表明:32通道光纤阵列OSA的通道隔离度大于80dB,输入光噪声密 度为37.9fW/Hz,各通道极限检测灵敏度可达 18.9fW,动态储备达到120dB。应用于飞秒时间分辨荧光 光谱测量,对超荧光干扰抑制效果明显,同时极大地提高了测量灵敏度并缩短动力学测量时 间至6min。 本文实现的OSA具有灵敏度高、体积小和性价比高等优点,适用于对微弱光谱 信号的高灵敏与快速检测分析。     

采用半导体光放大器的多波长光纤环形激光器

报道了一种插入马赫-曾德尔(M-Z)光纤干涉仪的半导体光放大器(SOA)多波长光纤环形激光器,实现了信道间隔为100 GHz的稳定的多波长连续光激射,其输出光谱3 dB带宽为19.5 nm,消光比大于30 dB.其中在17.9 nm范围内获得了22个波长的连续光,功率不平坦度为1.2 dB,总输出功率为5.1 dBm.对该结构的多波长激光器输出光谱宽,不同波长间功率波动小的特性进行了分析,提出在较低环腔损耗下,半导体光放大器的增益饱和及四波混频(FWM)效应的共同作用使环腔内多波长光功率获得自动均衡;并对实验观测到的激光器输出光谱带宽及中心波长随半导体光放大器驱动电流降低或环腔损耗增大而减小的现象进行了讨论.     

基于SiC基光电传感器的局部放电探测系统设计

针对高压电力设备局部放电的监测需求,结合放电光谱的紫外波段分布特征,提出一种基于SiC基光电传感器的放电监测方法,并进行了系统设计,重点给出模拟电路模块、以FPGA为核心的数字电路模块和识别定位软件的设计思路和方法。通过实验测试,验证了基于SiC基的放电探测系统能够实现对局部放电现象的准确探测和放电方位的识别。克服了以往监测设备体积大、易受干扰、成本高,只能判断有无,很难判断方位的问题,为电力系统局部放电监测提供了新的技术手段。     

面向敏感环境的反射式光纤传感防盗系统设计

为了解决在敏感环境中位置测试容易受到干扰的问题,提出了一种基于反射式光纤传感防盗系统。该系统采用T型光纤探头作为无源传感探头,反射配件安装于安防外壳表面,通过实时测试位置偏移量提供安防预警。探测模块通过预先测试最佳反射位置的方式,将光纤探头与反射配件固定于安防位置上。在获取激光回波信号的基础上,计算了关于位置的场强分布函数。在标定实验中,测试位置由0递增至5.0 mm,响应光功率最大值为18.76 μW,方差最大值0.124。当超过3.0 mm后的曲线单调性良好,符合系统设计要求。在不同干扰类型对比实验中,分别对比了湿度、温度、振动对系统测试结果的影响程度。实验结果显示,干扰项的光功率波动无论是线性还是非线性的,其波动范围小于4 μW,而真实人为打开条件下,其波动程度大于18 μW。与此同时,系统反演计算的位移偏移量也发生显著改变,相比干扰项的位移偏差均值大8倍以上。系统具有传感端无源、灵敏度高、实时性好等优势,可有效应用于敏感环境中的安防监测。     

28 W 高功率超连续谱光纤激光光源

报道了一个全光纤结构的高功率超连续谱激光光源。利用自行搭建的环形腔掺镱脉冲光纤激光器作为种子源,采用三级MOPA功率放大,得到了平均功率为62W,中心波长为1 065 nm,3 dB谱宽15 nm,重复频率为118 MHz的皮秒锁模脉冲输出,将其耦合进零色散波长为1 040 nm的光子晶体(PCF),最终得到平均功率为28 W,谱宽覆盖范围为600~1 700 nm的超连续谱激光输出,超连续谱的光-光转换效率为45%。实验解决了高功率下大芯径掺杂光纤与PCF的耦合效率低的问题。