作者单位
摘要
1 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
3 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在通信、雷达、传感等领域有广泛的应用。本文介绍了混沌半导体激光器的3种主要工作机制,分别为光反馈、光注入和光电反馈;重点研究典型混沌半导体激光器的频谱带宽、时延特征,以及复杂度等性能及其研究进展;进一步论述光子集成混沌半导体激光器的发展趋势;最后介绍混沌半导体激光器在保密光通信、随机数生成器、激光雷达、分布式光纤传感、混沌光时域反射计等领域的应用现状。本文可为高带宽、低时延混沌半导体激光器的发展和应用前景提供借鉴。
混沌激光 半导体激光器 光子集成 带宽提升 时延特征 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114008
作者单位
摘要
1 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
3 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
提出了一种基于多阶时域差分重构相关法的拉曼分布式光纤传感技术。该方案利用混沌信号、放大自发辐射(ASE)信号和噪声信号代替传统脉冲激光作为传感信号,基于多阶时域差分重构方法重构拉曼反斯托克斯散射信号,以此剥离出各个传感光纤位置点携带探测信号时序随机起伏特征的光强信息。最后基于相关压缩解调方法,揭示了拉曼散射温度调制光场空间位置与探测信号的相关特性。从理论上将时域差分重构方法推广至任意阶数,分析了差分阶数对传感系统信噪比的影响,并分析了面向混沌拉曼分布式光纤传感技术的最优差分阶数。研究了混沌信号、噪声信号、ASE信号这三种信号作为探测信号时拉曼传感系统的数值模拟情况,结果证明了拉曼光纤传感领域混沌信号在动态范围与信噪比方面具有显著优势,为长传感距离、高空间分辨率和高信噪比拉曼分布式光纤传感技术提供了新的研究思路。
光纤光学 分布式光纤传感 拉曼散射 空间分辨率 温度解调 
光学学报
2024, 44(1): 0106025
马喆 1†张明江 2,3,*†江俊峰 4,5,6,7张建忠 1,3[ ... ]刘铁根 4,5,6,7
作者单位
摘要
1 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
3 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
4 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
5 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
6 天津大学光纤传感研究所,天津 300072
7 天津市光纤传感工程中心,天津 300072
基于线性调频(LFM)脉冲的光纤分布式声波传感(DAS)技术采用同时具有连续波形和脉冲波形优势的LFM脉冲作为探测光,利用频移产生附加相位实现光纤应变导致相位补偿的原理进行传感。可实现光纤链路沿线声/振信号的定量波形恢复,具有响应速度快、灵敏度高等特点,在地球物理学、线性基础设施监测等领域具有显著的优势和应用前景。论述基于LFM脉冲DAS技术的基本传感机理,概述传感距离、空间分辨率、频率响应与衰落噪声抑制等关键技术指标的研究进展,介绍DAS在典型应用中的进展,并对未来可能发展趋势进行探讨。
光纤光学 分布式声波传感 线性调频脉冲 瑞利散射 相位解调 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106002
作者单位
摘要
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1100001
Yahui Wang 1,2†Xinxin Hu 1Lintao Niu 1Hui Liu 1[ ... ]Mingjiang Zhang 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Taiyuan University of Technology, Ministry of Education, Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Taiyuan, China
2 Taiyuan University of Technology, College of Physics, Taiyuan, China
3 Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering, Taiyuan, China
We propose and experimentally demonstrate a long-range chaotic Brillouin optical correlation domain analysis by employing an optimized time-gated scheme and differential denoising configuration, where the number of effective resolving points largely increases to more than one million. The deterioration of the chaotic Brillouin gain spectrum (BGS) and limitation of sensing range owing to the intrinsic noise structure, resulting from the time delay signature (TDS) and nonzero background of chaotic laser, is theoretically analyzed. The optimized time-gated scheme with a higher extinction ratio is used to eliminate the TDS-induced impact. The signal-to-background ratio of the measured BGS is enhanced by the differential denoising scheme to furthest remove the accumulated nonzero noise floor along the fiber, and the pure chaotic BGS is ulteriorly obtained by the Lorentz fit. Ultimately, distributed strain sensing along a 27.54-km fiber with a 2.69-cm spatial resolution is experimentally demonstrated, and the number of effective resolving points is more than 1,020,000.
chaos distributed fiber sensing stimulated Brillouin scattering long-range sensing 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036011
Author Affiliations
Abstract
1 College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control Systems (Ministry of Education and Shanxi Province), Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
Raman distributed optical fiber sensing is required to achieve accurate temperature measurements in a micro-scale area. In this study, we first analyze and demonstrate the pulse transmission feature in the temperature variation area and the superposition characteristics of Raman optical time-domain reflectometry (OTDR) signals by numerical simulation. The equations of superimposed Raman anti-Stokes scattered signals at different stages are presented, providing a theoretical basis for the positioning and physical quantity demodulation of whole optical fiber systems based on the OTDR principle. Moreover, we propose and experimentally demonstrate a slope-assisted sensing principle and scheme in a Raman distributed optical fiber system. To the best our knowledge, this is the first experimental demonstration of Raman distributed optical fiber sensing in a centimeter-level spatial measurement region.
Photonics Research
2022, 10(1): 01000205
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System of Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 College of Physics and Optoelectronics, Institute of Optoelectronic Engineering, Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024, China
Chaotic Brillouin optical correlation domain analysis (BOCDA) has been proposed and experimentally demonstrated with the advantage of high spatial resolution. However, it faces the same issue of the temperature and strain cross-sensitivity. In this paper, the simultaneous measurement of temperature and strain can be preliminarily achieved by analyzing the two Brillouin frequencies of the chaotic laser in a large-effective-area fiber (LEAF). A temperature resolution of 1 ℃ and a strain resolution of 20 με can be obtained with a spatial resolution of 3.9 cm. The actual temperature and strain measurement errors are 0.37 ℃ and 10 με, respectively, which are within the maximum measurement errors.
Brillouin scattering simultaneous strain and temperature measurement chaotic laser BOCDA LEAF 
Photonic Sensors
2021, 11(4): 377
张倩 1,2王涛 1,2赵婕茹 1刘靖阳 1[ ... ]张明江 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024

为了提高布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统的测量信噪比(SNR),提出了一种基于局部均值分解的降噪算法。首先,自适应地将BOTDA传感系统采集的信号分解为具有真实物理意义的乘积函数(PF)分量。然后,通过计算信号能量在空间各尺度上的分布情况,重构含有信号能量的PF分量,得到降噪后的信号。为了进一步提高算法的降噪性能,引入切比雪夫数字带通滤波器,将分解的PF分量在频域内进行滤波并重构。实验结果表明,相比原始信号,用本算法降噪后的信号SNR至少提升了10 dB,为传感系统提供了一种简单有效的降噪方案。

光纤光学 布里渊光时域分析 局部均值分解 信噪比 
光学学报
2021, 41(13): 1306009
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感系统可以实现温度、应变等参量的测量,同时具有超长传感距离、高空间分辨率和高精度等优势,已广泛应用于基础设施、航天工程等领域中的结构健康监测。然而,BOTDA传感系统存在温度和应变交叉敏感问题,导致温度和应变的变化在测量过程中难以区分,严重制约了系统传感监测能力。针对该问题,分别介绍了基于参考光纤、光栅辅助、多参数辅助、特种光纤、双波长传感、拉曼/瑞利散射辅助以及神经网络共7种方法,并对其进行分析比较,旨在为光纤传感领域中解决交叉敏感的研究与应用提供参考。

光纤光学 光纤传感器 分布式光纤传感 布里渊散射 布里渊光时域分析 双参量测量 
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306021
王亚辉 1,2赵乐 1张倩 1,2乔丽君 1[ ... ]张明江 1,2,*
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024

分布式光纤传感技术已广泛应用于基础设施的健康监测、****安全等领域,长距离高空间分辨率的混沌布里渊光相关域分析(chaotic BOCDA)技术具有广阔的发展和应用前景。Chaotic BOCDA以类噪声、宽频带、宽光谱的混沌激光为探测信号,分别利用其类δ函数特性拓展传感距离、利用自相关特性提高空间分辨率以及利用高斯型光谱特性获得本征展宽的布里渊增益谱。基于上述特性,分别综述了10.2 km长传感距离、3.5 mm高空间分辨率和1200 με大范围动态应变监测的chaotic BOCDA系统。此外,还分析讨论了chaotic BOCDA技术的优缺点,并对其发展前景进行了展望。

光纤传感器 混沌激光 受激布里渊散射 布里渊光相关域分析 高空间分辨率 
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306011

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