激光融血栓冲击波中的光纤光栅监测研究

根据Rayleigh-Plesset气泡动力学模型分析了激光融血栓过程的冲击波,在离体实验中设计了光纤光栅传感系统实现冲击波监测.激光融血栓系统利用激光脉冲使血液空化,发出冲击波并使血栓消融,血栓的存在与否将影响冲击波产生和传播.根据这个性质,光纤光栅传感系统以窄线宽激光器为光源,采用边缘滤波法解调反射波长,实现了冲击波的动态测量.离体实验测量结果表明,该传感系统可对血栓的存在状态实现有效地监测.     

激光融血栓的光纤光栅监控实验研究

实验研究了光纤光栅(FBG)传感器在激光融血栓模拟过程中的监控作用.在激光融血栓模拟过程中,由于血液对激光的吸收,产生了空化气泡,气泡的产生和崩溃的过程中激发出了冲击波.光纤光栅传感系统以波长可调的半导体分布反馈(DFB)激光器为光源,采用边缘滤波解调的方式,实现了对冲击波的有效测量.实验中,冲击波响应峰值随融血栓激光功率的增加而上升.实验中还发现血栓消融后的血液中光纤光栅冲击波响应与没有血栓时的冲击波响应类似.根据这个类似性来判断血栓是否消融.模拟实验中测量到的激光融血栓时间为23s.     

基于腔衰荡光谱技术的光纤微腔温度传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的光纤微腔温度传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1060 nm单模光纤上直接刻蚀光学微腔,将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了温度传感。在24℃~93℃温度范围内,光纤微腔温度传感器灵敏度达到83.36 ns/℃,实验测量结果具有良好的线性度。     

光纤探针探测水下激光爆炸

针对小范围内水下激光爆炸所产生的等离子体冲击波检测问题，对单模石英光纤探针探测方法进行了初步实验研究。采用1064nm调Q激光脉冲聚焦蒸馏水产生冲击波，利用自制光纤探测器进行了检测。结果发现除探测到冲击波信号外，爆炸所产生的等离子体闪光信号也进入光纤，两者混合叠加。同时由于水下激光爆炸所产生的射流对周围固壁面的破坏作用，光纤探针在实际检测过程中不能过分靠近爆炸源，对300mJ激光能量，该光纤探针安全范围应大于0．6mm。     

高速运动飞片的F-P干涉测量技术研究

为了测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,提出了一种利用法布里-珀罗(F-P)光学共振腔的选频特性进行多普勒频移绝对量的检测来连续测量飞片运动速度的方法,建立了一套基于此方法的测量装置,并利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片装置对所研制的F-P干涉测速仪进行了原理性实验验证。利用所研制的F-P干涉测速仪测量了飞片速度在60ns的时间内由静止加速到大于3km/s的速度的全过程,测量数据的不确定度小于5%。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点,在爆轰物理与冲击波物理实验研究中具有较好的应用前景。     

并联双晶体高速削波快脉冲源的设计

设计了一种并联双晶体高速快脉冲源,用于激光物理实验中预脉冲的高速削波。该削波脉冲源采用升压工作模式,由光电转换模块、高压电源模块、开关器件及电路等部分组成。光电转换模块将光信号转变为开关通断信号,用于控制高压脉冲输出;集成的高压电源模块和开关器件简化了电路设计,增加了该电源的可靠性;设计合理的开关电路和元件参数,保证稳定输出符合要求的高压脉冲波形。该快脉冲源的输出脉冲幅度大于4 000 V,下降沿小于10 ns,时间抖动小于1 ns,已成功用于激光物理实验预脉冲的削波。     

分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统。根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出。脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz~90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6s。结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本。     

多点光子多普勒测速仪及其在爆轰物理领域的应用

爆轰物理、冲击波物理、强激光等众多领域均提出了对多个目标同时进行测速的要求,从而急需研制多点测速系统。论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构,计算了整个光纤链路上的功率变化,分析了多点光子多普勒测速系统最大通道数量的各个影响因素及影响程度。根据分析结果,研制了一套八通道光子多普勒测速样机,可对8个测点进行同步测速,并进行了爆轰加载金属飞片和粒子的验证实验。实验结果表明,在测试条件逐渐恶化,探头接收效率逐渐降低的情况下,样机对单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果,获得了信噪比较高的待测目标速度曲线。研究结果对于深入探索多点激光测速技术及其应用极具参考意义。     

基于腔衰荡光谱技术的三参量同时测量光纤微腔传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的三参量同时测量的光纤微腔传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1 060nm单模光纤(SMF)上直接刻蚀光学微腔,并将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了对温度、折射率和应变3个不同参数的同时传感测量。整个传感器系统采用光时分复用(OTDM)技术,3个带有光纤微腔传感单元的光纤衰荡腔并联连接,共用一个光源和探测器,在3路光纤环中引入不同的相位调制项,使其输出的衰荡信号在时域上有效的分开,从而达到三参量传感的目的。传感器结构合理,可操作性强,后期数据处理工作简单易行,实验结果重复性良好。在此基础之上,可以将此传感器结构推广到四参量,甚至更多参量的传感器系统中。     

高重频激光地面足印探测器峰检电路的设计

设计了一款两级峰值检测电路,实现对上升沿为3 ns、脉宽为5 ns、下降沿为3 ns、重频为10 kHz的脉冲信号的峰值检测与保持,利用STM32单片机的模数转换器完成电压信号采集。给出以APD为光电探测器件的地面探测器系统的基本结构框图,利用探测器系统中的放大电路模块使接收激光脉冲宽度从1 ns展宽至5 ns,搭配峰值检测电路模块实现窄脉宽、高重频激光信号的检测与数据记录。利用信号源完成峰值检测电路部分的功能测试,使用重频为1 kHz、脉宽约为1 ns的激光器完成探测器系统整体的功能测试,实验证明此系统可以较好地检测并记录该激光信号的峰值。