基于飞秒激光制备的光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器

提出并设计了一种基于飞秒激光在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)中制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。采用飞秒脉冲激光作为加工光源,结合放大倍率100×的物镜以及三维加工平台在PCF侧面采用逐线刻写方式进行加工。通过对飞秒激光光斑在光纤上的聚焦位置以及刻写功率进行优化,在PCF上刻写了深度均为80 μm、间隔为800 μm的两条划线,实现了周期为0.98 nm的全光纤F-P结构制备；实验中,对传感器在40~120 ℃温度范围内的光谱特性进行了测试与分析,每隔10 ℃进行一次数据采集,随着温度逐渐增加波长向长波方向漂移,通过对该采样点数据进行线性拟合,得到该测试点的波长温度灵敏度为9.73 pm/℃,拟合线性度为0.997。     

用于FBG解调的AWG芯片的设计、仿真与制备

设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为1.5nm。优化后的AWG芯片采用深紫外光刻技术、电感耦合等离子体等技术制备。经测试,该AWG的插入损耗为3dB,串扰小于 -20dB,3dB带宽为2.3nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8nm范围内的解调精度可达11.26pm,波长分辨率为6pm。     

酶免分析仪孵育过程的分段温控方法研究

针对酶免分析仪孵育过程耗时过长、温度稳定性差导致试剂反应差异性较大的问题,提出了一种基于改进型数字PID的分段温度控制方法。首先对孵育过程中试剂温度及孵育位温度变化曲线特性进行分析,确定预升温段及恒温段的分段控制温度参数;然后根据温度参数及各段控制指标,分别对孵育过程的各温度变化段采用不同算法分阶段进行控制;最后基于酶免分析仪框架搭建了温控实验系统,对反应液温度上升时间及温度稳定性进行验证。实验结果表明,试剂由21℃升至37.5℃的温度上升时间为239±5 s,恒温阶段的温度偏差小于±0.2℃。该方法可实现反应液迅速升温并且稳定恒温,保证了孵育过程中生物酶反应的快速及稳定。     

低阈值光纤激光器稳频特性研究

为了实现低阈值光纤激光器的频率稳定输出,设计了环形腔光纤激光器,以光纤光栅作为波长选择元件,在未泵浦光纤饱和吸收体和其锥形化结构的协同作用下实现激光纵模选择,获得了短光纤饱和吸收体长度下的单纵模激光稳定输出。介绍了未泵浦光纤饱和吸收体选频原理和锥形结构滤波原理,实验研究了不同光纤饱和吸收体长度下激光纵模特性和波长稳定性,以及锥形化光纤饱和吸收体的激光输出特性。实验表明,引入锥形化结构的饱和吸收体后,激光器能够稳定输出1545 nm波长的单纵模激光,并有效降低光纤激光器阈值至7.58 mW,采用延迟自外差方法测得该光纤激光器的线宽小于8 kHz。     

智能球铰链优化设计与精度提升

针对所研发的智能球铰链测量分辨率及测量精度较低的问题,从永磁体选型、传感器匹配以及模型算法方面进行改进和优化。通过仿真分析和计算,确立了圆柱形永磁体的结构参数、重新设计了传感器水平放置与永磁体进行位置匹配的方案,更新了角度反解算法的函数初值选择方法,研制了新的智能球铰链样机和标定装置。测试数据表明,该样机测量范围、精度都有显著提高,在±10°范围内,单轴测量均方差为19';在±20°范围内,均方差为24'。基于数据分析与诊断,已找出主要误差源,找到了进一步提高测量精度的途径。     

用于变形机翼监测的光纤光栅传感及重构方法

为实现变体飞行器翼面形状的监测,提出用于变形机翼监测的光纤光栅传感及重构方法。理论推导得出光纤光栅中心波长漂移与曲面变形角度的关系。构建变形机翼翼面监测实验系统,研究基于被测点曲率的曲面重建算法,对不同变形角度的翼面进行形状重构,得到不同角度的机翼面型。试验结果表明:光纤光栅传感器中心波长漂移量与机翼变形角度线性度在0.999以上,因此基于光纤光栅传感的曲面重构方法适用于变形机翼的翼面形状监测,且此方法在变体飞行器的监测中具有应用前景。     

基于宽谱信号光注入的超荧光光纤光源

为实现高功率和高平坦度的C+L波段光超荧光输出,将超辐射发光二极管输出的宽谱信号光注入双程后向掺铒光纤超荧光光源,研究了信号光注入对超荧光光源输出功率和光谱特性的影响,优化了信号光注入功率、泵浦源抽运功率和掺铒光纤长度。结果表明:低功率、宽光谱信号光不仅可以有效提高超荧光光源的输出功率和泵浦效率,还有助于光谱的平坦化;通过使用40m W抽运功率泵浦9m的掺铒光纤,在500W信号光注入时获得了功率为10.59m W、3d B带宽大于41nm的C+L波段超荧光输出。     

关节式坐标测量机初始位姿对误差影响研究

采用Denavit-Hartenberg方法建立了关节式坐标测量机的数学模型,分析了影响关节式坐标测量机的误差源,并对第一关节的误差分布进行了仿真。通过关节式坐标测量机的第一关节在不同初始位姿下对被测工件进行测量与真值进行比较,分析在不同初始位姿下所测得结果的不同,得到了其第一关节的误差分布。实验表明关节式坐标测量机在采用相对角度编码器时,第一关节选择最佳初始位姿,可以有效地提高测量精度,减小误差。     

单目视觉空间移动靶位姿测量方法研究

为向室内定位技术定位精度及抗干扰能力提供高精度数据对比标准,提出单目视觉空间移动靶位姿测量方法。 结合机 器视觉投影矩阵求解与摄影测量后方交会技术,实现任意靶位姿下的相机外参数求解。 首先,通过世界坐标系下地面控制点坐 标及其像面坐标,计算真实相机站位;随后,根据靶点初始世界坐标及其实时像面坐标,求解虚拟相机站位;最后,根据虚拟及真 实相机站位外参数,将靶点初始世界坐标变换至靶点实时世界坐标。 实验结果表明,在 10 m×4. 5 m×3. 8 m 测量空间中,靶位 移距离测量误差 X 方向均方根误差(RMSE)为 0. 358 3 mm,Y 方向 RMSE 为 0. 350 9 mm,Z 方向 RMSE 为 1. 475 2 mm。 靶姿态 角 φ 测量 RMSE 为 0. 094 0°,ω 测量 RMSE 为 0. 089 3°,κ 测量 RMSE 为 0. 025 4°。 满足大范围移动载体的高精度实时定位定 姿需求。