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。     

用于冲击波速度测量的自检式光纤传感系统

针对爆轰物理与冲击波物理实验中冲击波速度的测量,设计了一种带自检功能的光纤冲击波速度传感系统。系统采用直接测量冲击波到达固定测点时间的方式间接测量冲击波速度。传感头采用自发光式镀膜光纤探针,通过高速光电转换模块与示波器实现对冲击波到达时间的获取,由脉冲激光模块向传感通道耦合入脉冲激光,通过对光纤探针端面反射光脉冲信号的检测实现全系统功能自检以及各通道信号传输时间的测量。对泰安(PETN)样品冲击波速度进行了测量,实验结果表明:系统的冲击响应信号前沿小于5 ns,系统测量不确定度优于3 ns,计算结果与PETN标准爆速对比的误差为0.6%。系统具有可靠性高、响应速度快和时间分辨率高等特点,为爆轰物理和冲击波物理实验中冲击波速度测量提供了一种有效的测试手段。     

新型凹锥形表面增强拉曼散射光纤探针的制备

研制了一种新型凹锥形表面增强拉曼散射(SERS)光纤探针,研究了光纤探针凹锥形结构的制备方法,分析了凹锥光纤探针形貌与腐蚀时间的关系,通过化学自组装法将金纳米颗粒固化到凹锥内表面,制成凹锥SERS光纤探针,并测试了其远程SERS检测性能。结果表明,凹锥形光纤探针具有更低的光纤拉曼光谱背底,约为同种光纤制备的锥形探针的1/3;在633nm的激发波长下,固化金纳米颗粒的凹锥探针对于罗丹明6G(R6G)溶液的拉曼光谱远程检测浓度低至100nmol/L。这种凹锥形结构使基底不易脱落,探针不易损坏。基于上述优点,该种凹锥形光纤探针可能在SERS远程检测领域具有潜在的应用价值。     

基于球状光纤的表面增强拉曼散射探针

通过烧制光纤小球制备球状光纤探针,并通过自组装法使银纳米颗粒较为均匀地分布在光纤探针表面,经测量计算得到球状光纤探针上银纳米颗粒的增强因子为7.2×104。利用浓度为10-5 mol·L-1的罗丹明6G（R6G）溶液检测得到光纤小球直径在200 μm左右时SERS增强效果最佳,且在相同实验条件下,制备的球状光纤探针与锥柱组合型光纤探针的SERS增强效果基本一致。球状光纤探针制作工艺简单安全、灵敏度高且结构稳定,在分子检测方面具有很大的应用前景。     

引入应变灵敏度矩阵的探针形状光纤测量方法

介入探针形状监测技术能够为医生在手术中提供重要参考信息,是保证手术安全性的必要手段。为提高介入探针形状测量精度,文中提出一种引入应变灵敏度矩阵的光纤光栅传感阵列介入探针形状测量方法。首先,基于光纤光栅传感理论,分析了植入在探针中光纤光栅波长漂移量与其应变的关系,同时引入了应变灵敏度矩阵,研究了光纤光栅中心波长漂移量与其弯曲曲率的关系。然后,推导了探针的局部单元几何参数关系和坐标转换方程,建立了基于光纤光栅的探针形状测量模型。最后,为了验证引入应变灵敏度矩阵对形状测量精度的影响,对植入光纤光栅传感阵列的介入探针进行了不同弯曲状态下的形状测量实验,对比分析了引入应变灵敏度矩阵前后形状测量的误差。实验结果表明,引入光纤光栅应变灵敏度矩阵可有效提升介入探针的测量精度,在不同弯曲情况下,介入手术探针末端偏移量平均误差降低了1.385 mm,最大误差降低了3.317 mm。文中所提出的基于光纤光栅传感阵列的形状测量方法在介入手术柔性医疗器械的形状重构方向具有广阔的应用前景。     

光纤包层中的弱光探测技术

设计了一种用于探测光纤激光器系统中有源光纤中残余的弱泵浦光的方法。采用两种光纤探针对剥离涂覆层的有源光纤以及保留涂覆层的光纤进行了包层泄漏光的测试,优选出锥形探针作为弱光探测的光纤探针,并用该探针测得泄漏光与包层残余泵浦光的功率关系,发现二者呈线性关系并有对应的比例系数。通过该光纤探针的方法可实现快速确定有源光纤在激光器中的使用最佳长度,避免传统方法中对有源光纤进行多次切割、熔接再测试等操作,极大地提高了测试效率并降低了测试成本。试验同时发现,光纤探针在剥离涂覆层光纤上的探测效果优于未剥离涂覆层的光纤探测效果。     

熔拉与腐蚀光纤探针传输特性的研究

用实验方法测量了用熔拉或腐蚀的方法制备的光纤探针的传输效率随光纤圆锥角的变化关系,作出传输效率曲线,通过测定光纤探针传输效率的实验,我们看到:在小锥角的情况下,用熔拉法制备的光纤探针与腐蚀的方法制备的光纤探针的传输效率基本相同。在大锥角的情况下,用腐蚀法制备的光纤探针传输效率高于熔拉的方法制备的光纤探针的传输效率。在锥角为50.4°时,腐蚀的光纤探针传输效率为78.8%,熔拉的光纤探针传输效率为76.6%。在相同的条件下,两者的传输效率的差别随入射光波长的增加而下降。     

基于表面增强拉曼光谱的光纤生化传感器

基于生化分子检测技术高灵敏度、小型化的需求,通过简单的管式腐蚀法制成一种锥柱组合型光纤探针,并通过相反的静电引力将银纳米颗粒结合到硅烷化的二氧化硅光纤探针表面。用罗丹明6G（R6G）溶液的检测极限来表征该光纤探针的活性和灵敏度,通过优化银纳米颗粒的自组装时间为30mins、光纤探针直径为62μm,制备出高灵敏度的光纤表面增强拉曼散射探针,远端检测R6G的检测极限可达到10-14Mol/L,银纳米颗粒的增强因子为1.36×104。因此,该光纤表面增强拉曼散射探针在分子检测方面有巨大的应用前景。     

一种用于油气井持气率测量的高可靠性光纤探针

针对油气井下油气水三相流的持气率测量,设计开发了一种高可靠性的光纤探针。探针敏感探头采用锥形蓝宝石结构,蓝宝石敏感探头与过渡管,以及过渡管与保护套管间均采用金基焊料焊接密封。对研制的光纤探针进行了可靠性实验和油气水三相流持气率测试,结果表明,该光纤探针可以承受高温(150℃)、高压(100MPa)环境,具有较高可靠性。管柱内的油气水三相流呈段塞流型,持气率为46%。该研究验证了光纤探针应用于油气井持气率测量的可行性,为后续的工程应用推广提供了理论依据和实际指导。     

基于光纤传感器的油气水三相流持气率测井仪

针对测井过程中油气水三相流的含气率的测量问题,本文研究了用于测量含气率的集流型光纤探针测井仪器。首先设计了测井仪器的系统,并对光纤探针法测含气率原理做了分析,其次确定了光纤探针测量含气率的最优探头角度,最后设计了光纤探针传感器驱动电路。     

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。     

基于双压电陶瓷片的反射模式近场扫描光学显微镜

介绍了一种反射模式近场扫描光学显微镜。该系统以双压电陶瓷片作为控制光纤探针与待测样品之间距离的核心元件,以粘有光纤探针的双压电陶瓷片的第一个谐振频率来驱动光纤探针平行于样品表面振动,采用均方根检测电路测量振动信号的幅度,进而控制光纤探针与样品之间的距离在样品表面的近场范围之内。利用该系统获得了标定光栅和刻录光盘薄膜等样品表面的剪切力形貌图像和反射模式近场光学图像。     

扫描切变力/近场光学显微镜研制及应用

在发展光纤探针制备和探针与样品近场间距非光学控制等关键技术基础上，我们研制成能与倒置光学显微镜联合使用的扫描切变力／近场光学显微镜，并具有反射和透射等工作模式以及能在溶液环境中工作。利用这套系统，获得了多种样品的表面形貌和近场光学图像以及细胞内的荧光光谱。本文将对该系统和有关实验结果作简要介绍。     

反射补偿式光纤位移传感器的理论分析

概述了反射式光纤传感器的发展。讨论了这类光纤传感器理论分析中所采用的纤端出射光场光强径向均匀分布的假设。给出了纤端出射场的光通量分布函数,并以全光路补偿反射式光纤探头为例,建立了补偿机理的理论分析方法,给出了传感特性调制函数的解析表达式。最后,简要分析了这类光纤传感器的温度稳定性问题。     

一种新型的STM探针

以普通的石英光纤为材料，用熔拉腐蚀复合的方法制备出nm量级的光纤探针，而后在针尖表面镀上数十nm厚的金属膜，达到导电性，使其能传导隧道电流，从而研制出一种新型的扫描隧道显微镜（STM）光纤隧道探针，在STM上取得了比较理想的实验结果。本文将光纤隧道探针与金属隧道探针作了比较，并对其性能作了分析。     

STM光纤探针的研制

以普通的石英光纤为材料运用腐蚀－熔拉－腐蚀复合的方法制备出光纤探针，而后在针尖表面镀上一层数十nm厚的金属膜。达到导电性，使其能传导隧道电镜，并在STM上取得了理想的测试结果。     

用于油井相含率测量的光纤探针传感器研究

针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。     

管腐蚀法制作纳米光纤探针

根据优质探针的理论模型,利用管腐蚀法制作了可用于光纤生物传感器的纳米光纤探针,该制作方法操作方便,成本低廉,易于批量生产,且受环境的影响较小,制作的光纤探针具有较高的重复率。所获探针锥径小于50nm,锥角为45°。最后讨论了在管腐蚀实验中不良因素对光纤探针形貌的影响。     

光纤温度传感器高聚物传感介质的研究

根据光纤包层折射率随温度变化会引起传输光能损耗变化的原理，我们研制了油罐用光纤温度传感器。采用高聚物成膜工艺制作一种新型的光纤温度传感器探头。并对这种传感介南的作用进行了研究。     

航空发动机用光纤叶片振动传感探头的研制

主要介绍了一种制作光纤叶片振动传感器探头的新工艺,该工艺选用特殊的大芯径精密陶瓷插芯,采用了一种创新性的光纤定位技术,利用该工艺制作的光纤叶片振动传感探头经试验验证完全满足航空发动机叶片振动参数的测量要求.