面向电机测温的嵌套结构管式光纤光栅传感器

针对电机内部实时测温的需求,设计了一种嵌套结构的管式光纤光栅传感器.该传感器使用陶瓷基片作为内层结构,以304不锈钢管作为保护外层,采用飞秒激光刻写的纯石英光纤光栅作为测温敏感元件.搭建了恒温油浴光纤传感测试系统,采用循环升降温的方法对其进行了温度特性研究,结果表明该传感器测温性能良好,升降温实验的线性相关系数均为0.999 9,在长期的循环实验中波长重复性为士2 pm,迟滞误差小于5 pm,有较高的可靠性,可用于电机内部的温度监测.     

CO2激光熔融毛细管端面制备的光纤F-P压力传感器

提出了一种利用CO2激光熔融毛细管端面来制备光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器的方法。F-P结构由普通单模光纤和基于CO2激光熔融毛细管端面制备的硅薄膜组成。文章详细说明了硅薄膜的制造工艺和熔融参数,并对光纤F-P压力传感器进行了性能测试。实验结果表明:制备的光纤F-P压力传感器对气压具有良好的灵敏度和线性度,灵敏度可达到16.37pm/kPa,线性度为0.998。该光纤F-P压力传感器结构紧凑,易于生产,具有在极端恶劣环境下的应用潜力。     

相移光纤光栅对超声波信号的频率响应特性研究

为实现利用相移光纤Bragg光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)代替压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)进行结构损伤检测,本文研究 了PS-FBG对 100 kHz—1.5 MHz范围内的超声波信号的频率 响应特性。搭建了超声波激励信号的产生平台和高灵敏度光 纤光栅平衡传感系统,利用幅度分析法对连续超声波激励下的传感器响应信号进行分析。由 于薄板存在共 振频率的问题,使用时间长度为0.5 ms的突发型激励信号,并用能量 分析法评估传感器的响应情况。 实验 结果表明,PS-FBG传感器的频率响应在±3.49 dB范围内,由此可得 PS-FBG传感器对100 kHz—1.5 MHz范围内的 超声波信号具有宽谱响应的特性。     

引入曲率与角度校正的柔性机构三维形状多芯光纤重构方法

为提高柔性机构三维位形参数光纤测量精度,提出了基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法。通过引入方向角和曲率校正系数,改进了柔性三维形变多芯光纤重构算法;利用准分子激光器和相位掩膜法制备了多芯光纤光栅传感阵列,建立了多芯光纤三维形状重构实验系统;实验测量了不同曲率比例因子下的形状重构误差,分析了曲率与角度校正前后形状重构误差;通过对应变进行了三次样条插值,并对方向角和曲率进行了校正,得到了形状重构误差平均值为0.74 mm、最大值为1.64 mm;利用校正后的多芯光纤传感系统进行三维螺旋形变重构实验,得出重构精度提高了10.2%。研究结果表明,基于曲率与角度校正的多芯光纤三维形状重构方法具有更高精度,在柔性机构三维位形实时监测中具有应用前景。     

一种用于高斯光束远场整形的小型双透镜系统设计

为了实现高斯光束的远场均匀投射,利用Zemax 优化设计了一种由双凹、平凸双透镜组成的小型匀 光组件。基于理想均匀光斑在其径向上的照度积分与半径呈线性关系的原理,首先利用双凹 透镜缩短光路, 然后对平凸透镜进行约束优化。该组件长度为24mm,可对波长1064nm、腰斑直径400μm 的激光束实现 发散角为6.6°的远场均匀投射。经过设计模型在10m、30m 和40m投射距离处的模拟仿真,结果 显示在4个投射距离处的光斑均匀度都大于93.9%,能量利用率均高于 90%。该匀光组件仅由2个球面和 1个二次曲面构成,结构简单,间隔和厚度公差可达±0.03mm,拥 有良好的可加工性和实用性,在激光通信、激光干涉照明等领域中具有潜在的使用 价值。     

光纤光栅温度传感器稳定影响因素研究

提出一种可用于航天系统温度监测的光纤布拉格 光栅(FBG)温度传感器及其封装方式。通过对FBG温度传感器结构进行力学仿真,分析了FB G的预拉伸幅度、低熔点玻璃厚度对传 感器稳定性的影响;提出了优化传感器封装性能的方法,并通过实验进行了验证;对封装的 FBG传感器进 行四次稳定性实验,每次实验相隔二十天。实验结果表明:FBG传感器在各个温度点(－70℃,……, 30℃)波长的标准差小于0.57pm;FBG传感 器温度灵敏度为8.4pm/℃,温度测量标准差小于0.067℃; 在液氮环境中,FBG传感器波长的标准差为0.43pm,具有良好的低温 稳定性。     

基于声光可调滤波器的肺癌组织快速显微光谱成像

相比于传统的分光元件,非共线声光可调滤波器(AOTF)具有小巧、稳定性强、调谐灵活快速、信号接收和处理方便等诸多优点,在光谱成像领域具有很高应用价值。将非共线AOTF与倒置光学显微镜有机结合,构建了显微光谱成像系统,在可见光范围内开展了肺癌组织的快速显微光谱成像研究。通过实验获得了加载在AOTF上的超声频率与衍射光波长的调谐关系,与理论计算结果符合较好;获得了在一系列中心光波长下的肺癌组织的显微图像和对应的窄带光谱。实验结果表明,系统在工作波段内均保持较好的光谱分辨性能;对不同光波长肺癌组织图像进行对比,结果未见图像明显漂移,表明图像稳定性高;各中心波长下获得的肺癌组织图像均呈现较好的清晰度;不同波长肺癌组织图像的对比以及亮度、透射率曲线的分析结果显示,在503.45~590.12nm范围内,肺癌组织图像呈现最佳的对比度和清晰度,这主要是源于不同区域的内在组分和结构不同使得肺癌组织对于不同波长光信号的吸收程度不同。     

LPFG和FBG级联结构双参数光纤传感器研究

提出了一种长周期光纤光栅(LPFG)级联布拉格光纤光栅(FBG)的温度/应变双参数光纤传感器。利用飞秒激光直写制作LPFG并级连FBG,且FBG波谷位置为1 551.9 nm,LPFG波谷位置为1 559.1 nm,最高对比度为-12.7 d B。在30~70℃温度变化范围内对传感器温度特性进行测试,并在25℃超净环境下对0~500με应变变化范围内对传感器应变特性进行测试。实验结果表明,升温过程FBG中心波长发生红移,灵敏度15.00 pm/℃,线性度0.981 3;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-11.75 pm/℃,线性度0.945 3。降温过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度18.25 pm/℃,线性度0.953 8;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-15.42 pm/℃,线性度0.980 2。加载过程FBG中心波长发生红移,灵敏度0.93 pm/με,线性度0.991 5;LPFG中心波长发生蓝移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.986 3。卸载过程FBG中心波长发生蓝移,灵敏度0.92 pm/με,线性度0.990 9;LPFG中心波长发生红移,灵敏度-1.51 pm/με,线性度0.972 8。结果表明,该光纤传感器灵敏度高,线性度好,可以同时动态实现应变和温度的测量。     

光纤型偏振OCT系统中光偏振特性的研究

建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型.分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT 干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT 图像质量下降现象.通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller 矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes 矢量更适用于光纤型偏振OCT 系统研究.