表面粗糙度激光散射检测的多波长光纤传感器

材料表面的散射特性和表面粗糙度对产品的性能有十分重要的影响,基于激光散射原理设计了用于检测表面粗糙度和表面散射特性的多波长光纤传感器。光纤传感器的探头采用特殊的几何设计,用650 nm、1 310 nm和1 550 nm激光作为光源,选择2 mm的工作距离作为最佳测量距离,对不同表面粗糙度的样品进行了测试和分析。实验结果表明:同一波长下,随着表面粗糙度的增大,以外磨样品为反射面测得的反射强度减小;同一粗糙度下,入射波长越长,反射强度越大。多波长光纤传感器可以精确地测量表面粗糙度,并能有效地减小系统误差。系统误差分析得到传感器的相对误差范围大约为3.56%~7.43%。     

表面特性光学实时检测的理论和实验研究

针对精密磨削加工中冷却液的使用使得工件表面的光学实时检测非常困难这一问题,提出了一种在冷却液环境下借助特制\"透明窗\"装置的光学方法。此方法使被测表面上方出现附加层,分别对附加层中的液体处于静止和流动状态时的情况进行了理论分析和实验研究。对于静态液体,利用修改的B-K(Beckmann-Kirch-hoff)散射模型,从采集到的散射光强分布图中提取出一比值参数,通过参数拟合得到表面粗糙度和比值参数间的关系曲线。对于动态液体,分析光束在流体层中的传播特性,计算通过流动液体层的光束偏移量。结果表明:静态液体时,垂直于散射光带主方向的比值参数能够用来衡量表面轮廓算术平均偏差粗糙度,它们之间可以用explinear函数拟合;动态液体时,通过流体层的光束偏移量非常小,只有0.494×10-5μm。可见,液体的流动对于光学实时检测的影响非常小,液体处于静止状态时的测量结果可以作为表面特性实时检测的最终结果。     

基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤传感器

基于表面增强拉曼散射(SERS)的光纤传感器结合了光纤与表面增强拉曼散射效应,具有普通传感器无法比拟的优点.但是,应用普通光纤将带来诸如背景干扰与吸收、光纤自身的荧光效应及拉曼散射等缺点.为解决这一问题,将光子晶体光纤与表面增强拉曼散射效应相结合,称为基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤(PCFs)传感器,具有高灵敏度、...     

波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器

提出并实现了一种以高非线性色散位移光纤为增益介质,以光栅对形成谐振腔,简单线形结构的连续光抽运的波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器(MW-FOPO)。采用波长可调谐的窄线宽激光器作为抽运种子光源,以伪随机相位调制抽运光来抑制高非线性光纤中的受激布里渊(SBS)散射效应,结合高功率掺铒光纤放大器构成光纤光学参量振荡器的大功率抽运,通过四波混频(FWM)效应获得了室温下稳定的多波长激光输出。MW-FOPO的波长间隔可以通过调节抽运波长进行调谐。在1505~1615 nm光谱范围内,获得了17条消光比大于10 dB的多波长谱线。实验证明了MW-FOPO实现多波长激光光源的优异特性。     

光学元件表面洁净度对其表面散射特性的影响

针对光学系统在实际工作中元件表面污染粒子对光的散射问题,以空气中Al2O3污染粒子为例,基于米氏散射理论,模拟和分析了元件表面双向反射分布函数（BRDF）随散射角的变化规律,进而定量计算了元件表面全积分散射值（TIS）。在此基础上,进一步分析了影响表面洁净度的三个主要因素（空气洁净度、工作面朝向和曝露时间）对元件表面BRDF及其TIS值的影响。结果表明,空气洁净度等级、工作面放置方向和曝露时间等对元件表面散射量的影响均较为明显。其中,工作面的放置方向对元件表面的散射影响尤为突出,水平向上放置（TIS=1.9310-4）较之垂直放置时（TIS=8.0710-5）散射量增大一个量级,而较之工作面水平向下放置时（TIS=3.1210-6）增大两个量级。最后,以卡塞格伦望远镜为例,针对其主镜的污染容限问题,分析了不同空气洁净度条件下主镜表面洁净度达到污染容限所用的曝露时间,可为实际工作中污染控制和保证系统对微弱目标信号的有效探测提供参考。     

光学表面的标量散射理论

简要论述了标量散射理论的研究进展做,着重介绍了Beckman的一维标量散射理论和几种典型的多层膜散射模型-非相关表面粗糙度模型、附加表面粗糙度模型和非相关体内不均匀模型,比较了这些模型在中心波长为632.8nm的11层高反膜的散射特性.结果表明,非相关体内的不均匀性引起反射能带边缘散射,反射能带内的散射主要由附加表面粗糙度引起.理想粗糙度对膜系反射带内的散射影响很小,对反射带边缘几乎无影响.预测了标量散射理论的应用领域及前景.     

基于高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号检测

分析了布里渊分布式光纤传感技术原理,采用自行研制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器结合电光调制技术,利用相干检测技术,对布里渊微弱后向散射信号进行检测。通过改进滤波放大技术,对微弱后向散射光信号进行有效放大,再用扰偏技术及信号采样平均处理,实现对光纤传感器后向布里渊散射信号在11 GHz高频段直接采集显示。结果表明,探测所得布里渊散射信号峰值功率可达50 mV,能有效降低解调系统信号检测难度,改善了系统信噪比(SNR)。初步实验结果证明了该方案的可行性。     

光纤烟气光学密度传感器的研制及应用

微小颗粒场相对浓度的测量在大气，工业炉，化工厂及火灾研究等领域有着广阔的应用前景，本文介绍一种光纤烟气传感器，用于测量烟气的光学密度，本仪器原理简单，技术可靠，具有实用价值，尤其适用于恶劣和危险环境中的测量及自动控制。本文还给出该仪器对火灾烟气的测量实例。     

布里渊散射分布式光纤传感器

介绍了基于布里渊分布式光纤传感器的进展和发展趋势,以及应用后向布里渊散射测量光纤温度／应变的基本原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的BOTDR（布里渊光时域反射）、BOTDA（布里渊光时域分析）及BOFDA（布里渊光频域分析）分布式光纤传感器的原理及各种实施方案,并指出还存在的问题。     

拉曼散射分布式光纤温度传感器的设计

文章论述了基于反斯托克斯／斯托克斯比值的分布式光纤温度传感器系统，对其信号处理技术进行了全面而深入的研究。采用光时域后向散射技术来获取温度信息，并用时域信号数字积累平均方法来提高系统的信噪比，据此建立了分布式温度传感器。     

分布式光纤温度传感器的研究现状与发展趋势

综述了基于光时域反射技术(OTDR)和光频域反射技术(OFDR)，以光纤中光散射效应(布里渊效应、喇曼效应)作为温敏信号的分布式温度光纤传感器的特点、原理和研究现状，并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势。     

光纤有源内腔激光传感网络技术

提出了一种新的光纤气体传感网络的有源复用系统 ,将锁模激光技术与光纤环形内腔激光气体传感技术相结合 ,提出并实现一套以锁模光纤环形腔激光器为复用基础的光纤内腔激光气体传感网络系统 ,此传感网络系统可同时对多个气体传感单元进行高灵敏度测量     

可用于多波长通信的AOTF

AOTF是一种新型光波长调谐元件，可望用于多波长光通信波分复用网络技术中的波长快速调谐，它具有高速、模式可变、光谱范围宽、可反馈控制等优点。     

分布式光纤裂缝传感器

研究了一种利用光时域反射计(OTDR)技术的分布式光纤裂缝传感器，测量了裂缝宽度与损耗之间的关系。它可同时测量出裂缝的位置和裂缝的宽度，可测量裂缝的范围在0．2～2mm之间，能够满足一般混凝土结构的裂缝实时检测的需要。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术

基于布里渊效应的光纤传感(BEOFS)技术具有长距离、高精度、连续分布式、多参量传感的独特优点,在介绍BEOFS技术的原理、发展现状以及重要应用领域的基础上,对实现长距离、高精度、快速分布式布里渊光纤传感的关键技术进行研究和探讨,给出了提高系统传感速度的方案.     

基于保偏光纤的光纤应力传感器研究与设计

为了提高光纤应力传感器的抗干扰能力,提出了一种基于保偏光纤的光纤应力传感器设计方案.该方案主要利用保偏光纤的高双折射机理,通过光偏振度的变化来反映外界应力的变化.还给出提高系统性能的一些措施.实验表明,该系统能准确检测出光纤弯曲程度的变化.     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器，并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小，还可以判断参量的方向，且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明，通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽，大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。