作者单位
摘要
中北大学 仪器与电子学院 省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及**工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。
保偏光子晶体光纤 萨格纳克干涉 游标效应 光纤压力传感器 polarization-maintaining photonic crystal fiber sagnac interference vernier effect fiber optic pressure sensor 
光学技术
2023, 49(3): 305
Jie Li 1,2†Kaige Huang 3,4,5†Yanbin Huang 2,*Yumin Ye 6[ ... ]Zhanguo Wang 3,4,5
Author Affiliations
Abstract
1 College of Mechanical and Electrical Engineering, Handan University, Handan 056005, China
2 Hebei International Joint Research Center for Computational Optical Imaging and Intelligent Sensing, Hebei International Joint Research Center for Computational Optical Imaging and Intelligent Sensing, School of Mathematics and Physics Science and Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
3 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
4 Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
5 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
6 Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Materials Science and Chemical Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211, China
7 Faculty of Physics, Adam Mickiewicz University Poznan, 61-614 Poznan, Poland
8 Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory for Water Security, Engineering Research Center of Ministry of Education on Groundwater Pollution Control and Remediation, Center for Water Research, Advanced Institute of Natural Sciences, Beijing Normal University at Zhuhai, Zhuhai 519087, China
Developing low-cost, efficient, and stable photocatalysts is one of the most promising methods for large-scale solar water splitting. As a metal-free semiconductor material with suitable band gap, graphitic carbon nitride (g-C3N4) has attracted attention in the field of photocatalysis, which is mainly attributed to its fascinating physicochemical and photoelectronic properties. However, several inherent limitations and shortcomings—involving high recombination rate of photocarriers, insufficient reaction kinetics, and optical absorption—impede the practical applicability of g-C3N4. As an effective strategy, vacancy defect engineering has been widely used for breaking through the current limitations, considering its ability to optimize the electronic structure and surface morphology of g-C3N4 to obtain the desired photocatalytic activity. This review summarizes the recent progress of vacancy defect engineered g-C3N4 for solar water splitting. The fundamentals of solar water splitting with g-C3N4 are discussed first. We then focus on the fabrication strategies and effect of vacancy generated in g-C3N4. The advances of vacancy-modified g-C3N4 photocatalysts toward solar water splitting are discussed next. Finally, the current challenges and future opportunities of vacancy-modified g-C3N4 are summarized. This review aims to provide a theoretical basis and guidance for future research on the design and development of highly efficient defective g-C3N4.
g-C3N4 vacancy defect water splitting photocatalyst charge carrier 
Journal of Semiconductors
2023, 44(8): 081701
作者单位
摘要
中北大学 省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
由微机电系统(MEMS)工艺制作的电容式微机械超声换能器(CMUT), 其具有宽频带, 易与电子电路集成制作等优势, 在医学成像领域具有广阔的应用前景。为了研究一种密排结构CMUT超声换能器的发射声场特征, 该文提出了一种简单的物理域相互作用分析方法。基于薄板的振动理论, 由CMUT单元的声学辐射原理及特性计算得到CMUT阵元辐射声场的解析解。通过振膜振动分布实验验证了采用薄板振动理论一阶振型方程的正确性。通过仿真和实验研究了CMUT发射单元在不同排布方式和条件下的声场分布、声轴声压和指向性, 为CMUT的设计和性能分析提供了理论依据。
电容式微机械超声换能器 薄板振动 声场 声轴声压 指向性 声发射特性 CMUT thin plate vibration sound field axial sound pressure directivity acoustic emission characteristic 
压电与声光
2023, 45(1): 98
作者单位
摘要
中北大学 省部共建动态测试技术国家重点实验室,山西 太原 030051
设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35 ℃~45 ℃范围内的平均温度灵敏度可达−20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。
双芯光子晶体光纤 耦合模式理论 游标效应 光纤温度传感器 dual-core photonic crystal fiber coupled mode theory vernier effect fiber temperature sensors 
应用光学
2022, 43(3): 551
作者单位
摘要
1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
2 北京宇航系统工程研究所, 北京 100076
设计了一种小芯径的4杆悬浮芯光纤折射率检测传感器,并针对这种光纤模拟了三种不同的抛磨结构。通过在开放式的气孔中涂覆金膜来激发表面等离子体共振效应。采用有限元方法(FEM)分析了开放式悬浮芯光纤的表面等离子体传感特性,并研究了传感金属层和悬浮杆厚度对传感效果的影响。单孔抛磨结构和相对两孔抛磨结构的折射率检测范围为1.31~1.42,最大灵敏度分别为15000 nm/RIU(refractive index unit)和16000 nm/RIU,分辨率分别为6.7×10 -6 RIU和6.25×10 -6 RIU。相邻两孔抛磨结构的折射率检测范围为1.31~1.40,最大灵敏度可达20000 nm/RIU,分辨率可达5.0×10 -6 RIU。此传感器在测量高折射率物质方面具有很好的性能,便于制备,将来有广阔的市场应用前景。
光纤光学 悬浮芯光纤 折射率传感器 有限元方法 表面等离子体共振 
光学学报
2022, 42(8): 0806003
作者单位
摘要
燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
为实现光折射率传感器小结构、高灵敏度的要求,根据表面等离极化激元的透射特性,提出了一种单挡板金属-介质-金属(MIM)波导耦合类云朵腔结构。此结构引用“腔中腔”的理念,在近场耦合作用下,类云朵腔所形成的较宽的连续态与金属挡板所形成的较窄的离散态经过干涉相长相消,可以产生三重不同模式的法诺共振。结合耦合模理论,对三重法诺共振的产生机理进行分析,并运用有限元分析法对此结构进行模拟仿真,定量分析了不同结构参数对折射率传感特性以及优质因子的影响。结果表明,三种共振模式的灵敏度分别为600,800,1083 nm/RIU,优质因子分别为5.08×10 4、3.56×10 5和1.17×10 3
表面光学 表面等离极化激元 波导 单挡板 类云朵腔 Fano共振 
光学学报
2022, 42(5): 0524002
作者单位
摘要
燕山大学信息科学与工程学院,河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北 秦皇岛 066004
为了实现复杂、恶劣环境下工程机械表面无损的应力监测方式,实现对大型工程机械的实时动态监测,提出了基于磁控溅射技术的光纤布拉格光栅(FBG)应力传感器封装方法。并对完全嵌套(整个栅区嵌套毛细铜管)和两端嵌套(栅区两端嵌套毛细铜管)两种封装方法开展了研究。从理论分析和有限元仿真的角度比较了传感器的增敏效果,前后结果一致。制备了传感器实物并进行了温度、应力和对比实验。仿真实验结果表明,该模型下FBG传感器能提高约7.5%的灵敏度。温度实验表明第二种封装结构的温度反馈相关系数R2达到了0.99948,在30 ℃?80 ℃范围内呈现良好的线性度;应力实验的相关系数R2也达到0.99924,灵敏度为6.14 pm/MPa,在该实验搭建的解调系统下精度达到0.05 MPa,可以快速、精确地解调应力。对比实验表明,光栅解调仪组成的监测系统比应变片组成的监测系统具有更高的精度,最大偏差值减小了59.8%。嵌套毛细铜管的金属化方式结合有机胶固定的封装结构简单、灵敏度和精度高,可以满足大型工程机械表面无损实时健康监测的需求。
光纤布拉格光栅 磁控溅射 温度传感器 应力传感器 fiber Bragg grating(FBG) magnetron sputtering temperature sensor stress sensor 
光电工程
2021, 48(3): 200195
作者单位
摘要
五邑大学 智能制造学部, 广东 江门 529000
随机激光的阈值与体系内的散射强度存在密切关系。高折射率二氧化钛(TiO2)纳米颗粒与染料掺杂聚合物分散液晶(DDPDLC)均匀混合后, 由于液晶微滴与TiO2纳米颗粒之间的强散射作用, DDPPLC的随机激光具有更低的激光发射阈值, 并且随TiO2纳米颗粒的掺杂浓度而变化; 在优化TiO2纳米颗粒掺杂浓度的基础上, DDPDLC的发射阈值为270μJ/cm2, 线宽下降至0.08nm; 温度实验证明了PDLC结构的散射是产生随机激光的主要工作机制, 在TiO2纳米颗粒掺杂后, DDPDLC样品依然保证了良好的可调性。
聚合物分散液晶 随机激光 纳米颗粒 polymer dispersed liquid crystal random laser nanoparticle 
光学技术
2021, 47(3): 334
旷依琴 1,2李刚 1,2闫竹青 1,2张彦军 1,2,*[ ... ]郝现伟 3
作者单位
摘要
1 中北大学仪器与电子学院, 山西, 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国防科技重点实验室, 山西, 太原 030051
3 北京宇航系统工程研究院, 北京 100000
设计了一个由金纳米结构顶层、中间介质层和金属基底层构成的复合超材料结构。其中,金属纳米结构顶层是由三个椭圆形纳米盘所组成的“工”字形单元阵列,中间介质层是二氧化硅,金属基底层是金膜。利用有限元方法研究了该结构的吸收特性、电场分布及折射率传感特性。结果表明:该结构的吸收光谱中出现了三个吸收峰,其吸收率分别达到91.06%、99.63%和97.26%。此外,研究了结构参数和周围环境介质对吸收率的影响及其折射率变化的响应特性,折射率灵敏度最大达到425 nm/RIU(RIU为单位折射率),品质因数(FOM)为14。这些研究将为基于表面等离激元超材料结构的完美吸收器用作折射率传感器提供理论指导。
表面光学 表面等离激元 完美吸收器 有限元方法 折射率传感器 
光学学报
2020, 40(14): 1424001
作者单位
摘要
1 中北大学 仪器与电子学院 电子测试重点实验室,  山西 太原   030051
2 中北大学 仪器与电子学院 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原 030051
3 北京宇航系统工程研究所,  北京 100076
针对现有的准分布式光纤传感测量技术复杂、精度不高且响应时间较慢等问题, 设计出一种实时性高且成本更低的准分布式光纤传感器。传感器主要由柔性LED灯带和带有侧向耦合结构的聚合物光纤组成。侧向耦合结构被LED逐一照亮, 形成一系列传感单元。光通过侧向耦合结构入射聚合物光纤中, 当LED和耦合结构之间的介质改变时, 耦合光强增加, 光纤两端输出光强随之增加, 则可将液漏事件转化为耦合介质改变来测量。结果表明, 准分布式光纤液漏传感器具有检测和定位漏水信号的能力且定位精度小于等于10cm, 实现了液漏检测和漏点定位的功能。
光学测量 光纤传感 准分布式 液漏测量 侧面耦合 optical measurement fiber optic sensing quasi-distributed liquid leakage measurement side coupling 
光学技术
2019, 45(4): 453

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!