1 南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 211106
2 南方科技大学电子与电气工程系,广东 深圳 518055
3 高速载运设施的无损检测监控技术工信部重点实验室,江苏 南京 211106
4 鹏城实验室,广东 深圳 518055
5 智能光传感与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210023
针对光频域反射(OFDR)分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中,参考光谱与测量光谱间的相似度(SD)退化及由此造成的鲁棒性下降的问题,本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型,发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差(PoD)。基于对PoD的统计学分析,建立了参考和测量光谱间SD的评价体系,并提出一种基于卡尔曼预测和局部寻优的传感单元随机PoD补偿方法,实现了参考和测量光谱位置的高效、精准匹配。本文所提方法能够在50 m的传感光纤上以5 mm的空间分辨率实现大量程传感(最高温度~450 ℃,最大应变~10000 με),且兼顾高鲁棒性和高速度(计算量可降低到原来的5.8%~28.6%)。这些优点使该方法能够广泛应用于现有的光频域反射分布式光纤传感系统。
光纤传感器 分布式传感 光频域反射计 卡尔曼预测
1 青海大学 机械工程学院,青海 西宁 810016
2 中国地质大学(北京) 材料科学与工程学院,北京 100083
采用高温固相法合成了一种新型的Yb3+和Ho3+共掺杂的Ba3In(PO4)3上转换荧光粉,并研究了其晶体结构、上转换发光及能量传递机制。在980 nm激光激发下,Yb3+吸收能量并传递至Ho3+;此外,激光功率对于荧光粉发光颜色无明显影响,发光颜色主要集中在橙黄色区域(0.543,0.452)。测得0.05Yb3+和0.032Ho3+掺杂的荧光粉的荧光寿命约为467.61 μs。还测量了该荧光粉温度依赖的发光光谱,并计算了其用作光学温度计的绝对灵敏度(Sa)和相对灵敏度(Sr)。结果表明,该荧光粉具有良好的热稳定性,423 K时的发射强度仍保持在室温的81.68%,5S2,5F4→5I8、5F5→5I8跃迁的ΔE分别约为0.19 eV和0.27 eV。此外,其Sa和Sr最大值分别为0.31%·K-1和0.09%·K-1(573 K)。
荧光粉 上转换发光 温度传感性能 phosphor up-conversion luminescence temperature sensing performance
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
电阻阵作为一种动态红外景象产生器件,在红外半实物仿真领域有着重要的应用。电阻阵可实现的规模与性能与红外微辐射像素列阵的设计有着密切的关系。文中从应用系统对大规模电阻阵器件的要求出发,结合电阻阵的工作原理,提出了像素驱动电路与MEMS结构一体化的设计方案,设计了规模可拓展的高占空比像素结构。通过采用高消光系数材料以及光学谐振腔结构,微辐射元的中波红外和长波红外的表面发射率达0.7。热力学仿真表明,通过合理的薄膜厚度和结构设计,微辐射元阵列的占空比达到51%,升、降温的热响应时间均小于5 ms,0.6 mW功率驱动下应力翘曲小于300 nm,长波红外表观温度可达582 K,中波红外表观温度可达658 K。结合设计方案提出了工艺制备方案,并通过小阵列流片初步验证了设计方案的可行性。该设计研究为国产大规模、高占空比电阻阵的研制指明了方向。
电阻阵 红外仿真 微辐射元 红外表观温度 占空比 resistor array infrared simulation micro emitter infrared apparent temperature fill factor 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230028
1 贵州中天爆破有限公司, 贵阳 550081
2 贵州省金沙县金钻爆破工程服务有限公司, 金沙县 551800
3 四川省攀枝花市公安局, 攀枝花 617000
4 雅化集团攀枝花鑫祥化工有限公司, 攀枝花 617100
火力发电站煤粉炉结焦, 是燃煤工业锅炉的普遍现象。贵州金沙黔北电站至建厂以来, 锅炉年平均结焦次数达52次之多, 严重影响电站的正常生产。为保证生产, 该电站3#锅炉大修期间采用爆破除焦。锅炉结焦多附着于煤粉炉水冷壁侧, 通过对爆破环境-炉膛空间, 煤粉炉结焦的形成原因和组成成分分析, 采用小药量0.6~1.5 kg、多频次裸露爆破。利用爆破直接破碎焦体的同时, 小药量多频次爆破振动使焦体脱离水冷壁除焦; 在施工中根据炉膛中结焦体所处位置不同, 采用水平支撑、预放滑竿和钢绳牵引3种不同的药包布置方式; 在安全措施方面提出了一次爆破作业时间控制在3 min以内, 出现意外采取相应的回收药包、冷却重新装药或在高温环境中等待自然爆炸等应急措施。通过精心设计、施工, 爆破取得了理想的效果, 为以后煤粉炉水冷壁爆破除焦, 提供了实践经验。
火电煤粉炉 锅炉结焦 水冷壁 裸露爆破 爆破除焦 coal-fired pulverized coal furnace boiler coking water cooled furnace wall exposed blasting blasting coke removal
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海200092
基于我国强激光装置建设和工程任务需求,同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统,该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能,测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法;此外,通过国际损伤阈值评测,实现了测量结果的国际对标。十多年来,利用该激光损伤阈值测试系统,我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律;根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征,研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理;此外,基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术,同时,为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。
激光损伤 自动化测试系统 光栅扫描 人工缺陷 泵浦-探测 损伤演化 光学薄膜 laser damage automatic test system raster scan artificial defects pump-probe damage evolution optical thin film 光学 精密工程
2022, 30(21): 2805
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求,基于对薄膜损伤机制的认识,同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷,系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性,促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度,提出了提升薄膜损伤性能的新途径,创建了新材料,实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备,有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来,以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标,形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色,形成了研究所的发展理念,打造了高水平研究平台,在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果,已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2555
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210036