基于谐波检测原理的双气室气体传感器研究

基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体传感系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得与气体吸收峰对应的窄带反射出射光。利用谐波检测原理,检测测量气室和参考气室的二次谐波信号,以它们的比值作为系统输出,消除了吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用波分复用技术实现了多种气体的高精度测量,甲烷气体测量的实验结果表明该系统的测量灵敏度可以达到1×10-5。     

新型光纤CO气体传感器的研究

基于CO气体近红外吸收的机理,研究了一种光谱吸收型光纤CO气体传感器。通过光纤光栅和压电陶瓷(PZT)对宽带光源LED进行波长调制,获得窄带反射出射光,检测其二次谐波,实现CO气体的较高灵敏度测量。利用二次谐波与光纤光栅透射光强的比值来消除光路干扰。建立了谐波检测的数学模型,给出了CO气体的测量结果。实验表明,该仪器的检测灵敏度可达到0.2×10-6。     

可调谐LED光谱与积分球算法的乙炔检测研究

LED光源经过光纤光栅和压电陶瓷的波长调制,获得与乙炔气体吸收峰对应的窄带反射出射光,并射入装有一定乙炔体积分数气体的积分球内,由于乙炔气体对入射光的选择性吸收及积分球壁的衰减作用,光强减弱,利用积分球算法算出无乙炔气体下积分球的衰减率,进而求出由于气体吸收而衰减的光强差,最后计算出乙炔气体体积分数,为乙炔气体体积分数检测提供了一种新方法.实验表明,该检测方法准确度高,重复性好.     

基于光纤光栅的差分式甲烷气体传感系统研究

根据甲烷分子的光谱吸收特性,研究设计了一套基于差分吸收技术的光纤传感系统.系统以发光二极管(LED)为光源,折返式吸收池作为气室,利用光纤光栅的窄带滤波特性,用双光路实现了差分吸收检测.分析和实验表明,该系统具有可行性,可用于煤矿、天然气站等领域进行远距离气体含量的实时监测.     

基于波长调制技术的内腔式气体传感研究

气体传感理论和实验研究已成为当今光纤传感领域的热点之一。波长调制法和有源内腔法是提高气体传感灵敏度的两种有效方式。结合上述两种气体传感方法,构建一个基于波长调制技术的内腔式气体传感系统。讨论气体吸收光谱二次谐波分量与气体浓度之间的函数关系,从理论和实验两方面确定系统的最佳参数。利用提取多条吸收谱线的二次谐波分量,采用平均算法进一步提高系统灵敏度,进行乙炔气体传感的灵敏度可达7.5×10-5。以光纤光栅作为波长参考,建立系统的波长-电压响应曲线,进而检测气体的吸收波长值。进行乙炔气体传感时吸收波长检测的绝对误差不超过0.445 nm。     

基于平均滤波算法的光纤气体传感系统研究

数字平均滤波是信号处理中一种常用的方法。在小信号检测中,使用数字平均滤波可以获得较高的信噪比,提高检测的灵敏度。本文提出了一种利用光学器件来实现数字平均滤波的新方法,应用于基于差分吸收检测原理的窄带扫描光源光纤气体传感系统。系统的输出是一段连续的光谱,包含有被测乙炔气体的多个特征吸收峰。系统使用法珀标准具ETALON和参考光栅提供波长参考,完成对输出信号的光谱重建。对相同波长范围的信号进行平均滤波,使气体的相同特征吸收峰重合,提高检测的灵敏度。利用光谱重建,克服了可调谐Fabry-Perot滤波器驱动电压和透射波长不稳定因素的影响。实验结果表明,本系统可以方便有效地实现光谱意义上的数字平均滤波,检测到较低浓度的乙炔气体,比较适用于工业化气体检测系统。     

光纤光栅式甲烷浓度差分检测系统研究

基于甲烷气体的近红外光谱吸收特性,研究了一种全光纤差分吸收式甲烷检测系统.分析了差分吸收检测的基本原理,建立了甲烷检测的数学模型.系统选用发光二极管(LED)作光源,用光纤布拉格光栅进行滤波实现差分吸收检测,并结合光源强度调制技术和锁相放大技术,消除了光路干扰和光源强度波动的影响,提高了测试灵敏度.最后给出了该甲烷气体浓度检测系统的实验结果.     

基于谐波检测原理的双光路CH4检测研究

基于谐波检测原理,研究了一种高灵敏度易于实现的近红外光谱吸收型光纤CH4气体传感器.系统采用分布反馈式(DFB)LD做光源,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,加入参考光路和参考气室,利用2个二次谐波的比值作为系统输出,消除了光源波动和光路干扰的影响,建立了传感器的数学模型,给出了CH4气体测量系统的实验结果,实验表明,该仪器的检测灵敏度可以达到1×10-4.     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

基于可调谐掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器的光声光谱气体分析仪

光声光谱技术用于检测低浓度乙炔气体具有灵敏度高、连续和快速实时在线测量的特点.采用近红外可调谐掺铒光纤激光器(TEDFL)串接大功率掺铒光纤放大器(EDFA)作光源,采用一阶纵向共振式双程吸收光声池,并运用波长调制和二次谐波榆测技术,研制出一种新的高灵敏度微量气体近红外光声光谱分析仪.在常温常压下对低浓度乙炔气体的实验测量结果表明,该系统的极限检测灵敏度达到1.3×10-9,其线性响应相关度达到0.99957,能够满足工业、环境监测和电力系统等对乙炔检测和分析的需要.     

Group delay measurement in single-mode fibers with true picosecondresolution using double optical modulation

Highly accurate group delay measurements in long single-mode fibers were achieved over the full 1200-1600 nm spectral range by measuring phase shifts of a modulated lightwave. The high modulation frequency is shifted down to the kilohertz range using a second optical modulation at the fiber output end, so that low-frequency, ultrasensitive detection and phase measurement can be performed with high-frequency resolution conserved. This results in extremely reliable measurements with a <1-ps resolution using a fully remote light source such as an LED or even a halogen lamp     

光纤甲烷气体传感器的研究

基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种高灵敏度易于实现的光纤甲烷气体传感器。分析了半导体激光器的调制特性和谐波检测的基本原理,建立了传感器的数学模型。系统采用分布反馈式半导体激光器做光源,气室采用小型渐变折射率透镜构成的气室,加入参考光路和参考气室,使光源输出的中心波长锁定在气体的吸收峰上,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,给出了甲烷气体测量的实验结果。     

LED产生局域空心光束的数值分析与实验

首次使用了离散傅里叶方法数值分析局域空心光束。用离散傅里叶方法描述单色平面波产生局域空心光束（bottle beam）的光强分布,引入色散公式使得一定频谱宽度的LED光源同样适用。讨论抽样要求并对变量进行离散化,导出LED产生bottle beam的离散化傅里叶公式。最后代入相关参数并用MATLAB进行数值模拟,得到了在不同距离处光束的强度分布。设计实验进行验证,实验结果表明:使用LED也能够产生高质量的bottle beam。数值模拟与实验结果基本吻合,证明了采用傅里叶方法可以精确地分析非相干光源产生bottle beam,并且相较于传统的标量衍射理论,它更加简洁、快速,是研究bottle beam的一种全新又可靠的方法。     

紫外-可见光谱水质检测系统的多束LED光纤耦合研究

针对紫外-可见光谱水质检测系统单个LED光源输出功率低、光束质量差的问题,提出了一种多束紫外LED光源与光纤合束耦合的结构设计方案.运用ZEMAX光学分析软件开展了仿真设计研究,针对紫外LED光源与光纤耦合发散角较大的问题,设计了非球面准直透镜,准直后发散角为0.403 mrad;针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了消色差双分离聚焦耦合透镜的设计.实验结果表明,合束LED光束汇聚的弥散斑的RMS尺寸为186.412 μm,GEO点尺寸为290.071 μm,光束中95％以上的能量集中在300μm以内,实现了多束LED光源与光纤的高效耦合.     

LED光源的应用探索

LED是英文Light Emitting Diode的简称,中文名称叫发光二极管。LED具有发光效率高、使用寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性诸多优点。LED光源在可见光范围的应用主要包括显示屏、交通信号、汽车工业、LED背光源、情景照明、情调照明。LED光源在红外光区域的应用主要体现在红外成像、遥感、遥测以及光纤通信方面。     

LED面光源均匀化方法

文章通过半导体发光二极管（Light—emittingdiode,LED）的配光曲线,构建单颗LED的理论模型,设计可实现均匀照度的LED排列方式。基于几何光学和辐射照度理论,对满足均匀照明的LED阵列进行分析,推导光源照射到观测屏上的总辐射照度的表达式,使用光学模拟软件建立LED阵列的模型,利用软件进行光线追迹。通过仿真结果分析LED之间排列间距,光源到接收面间距离等因素对于照明均匀性的影响。     

COB封装全光谱LED光源及其光电特性

为了提高光源的显色指数,设计、制作一种COB封装的全光谱LED光源,通过在设计中增加峰值波长415nm的紫光LED芯片和发光峰值波长497nm、655nm的荧光粉,弥补了普通LED光源在紫光、蓝绿光和红光等光谱区间的能量分布不足。实验结果表明,发光效率达到103.34lm/W,全光谱LED光源显色指数高达99.38,接近日光100的显色指数,能够满足高质量照明领域对光源显色性的要求。     

光纤甲烷气体检测系统的研究

在分析甲烷分子近红外吸收光谱特性的基础上,利用通用的发光二极管为光源,实现了对甲烷气体的检测。系统采用双光路、双波长来解决光源功率波动光纤损耗等问题,在接收端采用旋转双色滤光器和单探测器消除了双光电器件的漂移对测量结果的影响。理论和实验证明,这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。