1 深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
3 南方科技大学医院泌尿外科，广东 深圳 518055
4 香港中文大学机械与自动化工程学系，香港 新界沙田999077
光学相干层析成像（OCT）是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术，广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术，除了具有OCT的一般成像优点外，还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点，尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展，光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步，应用场景也得到不断扩展。具体地：光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT，成像速度和分辨率获得显著提升；光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段，目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展；光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状，重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用，最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。
光学相干层析成像 生物医学成像 光纤内窥成像 心血管疾病 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211025
1 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
3 人工智能与数字经济广东省实验室（深圳），广东 深圳 518107
光频域反射仪（OFDR）具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力，其在油气资源勘探、结构健康监测，以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而，扫频非线性噪声、相干衰落噪声，以及光纤中微弱的瑞利后向散射信号是影响光频域反射仪性能的主要因素。本文介绍了光频域反射仪基本原理和波长、相位两种传感解调方法，详细阐述了多种抑制扫频非线性噪声和相干衰落噪声的方法，同时介绍了光频域反射仪在三维形状、大应变、高温、折射率等4个方面的传感应用进展。
光频域反射仪 扫频非线性 相干衰落 三维形状 大应变 高温 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106002
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications (BUPT), Beijing 100876, China
A concept of divergence angle of light beams (DALB) is proposed to analyze the depth of field (DOF) of a 3D light-field display system. The mathematical model between DOF and DALB is established, and the conclusion that DOF and DALB are inversely proportional is drawn. To reduce DALB and generate clear depth perception, a triple composite aspheric lens structure with a viewing angle of 100° is designed and experimentally demonstrated. The DALB-constrained 3D light-field display system significantly improves the clarity of 3D images and also performs well in imaging at a 3D scene with a DOF over 30 cm.
3D light-field display depth of field divergence angle of light beams compound lens Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011101
1 深圳信息职业技术学院智能制造与装备学院，广东 深圳 518172
2 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室， 广东 深圳 518060
3 深圳职业技术大学电子与通信工程学院，广东 深圳 518055
为了快速检测氢气泄漏，迫切需要开发一种更安全、浓度检测下限更低的氢气传感器。将镀有钯膜的微悬臂梁探针与单模光纤端面进行组装，设计了一种易制备且低成本的光纤氢气传感器。实验结果表明，该传感器具有超高的氢气响应灵敏度，约为-9.887 μm/%，同时具有低至1.76×10-3%的超低检测下限和优异的重复性。在痕量氢气体积分数条件下，该传感器对氢气体积分数表现出优异的线性响应，这对痕量气体检测具有重要意义，使其在氢能源电池、核电站和太空探索中具有重要的应用价值。
光纤传感器 氢气检测 微悬臂梁 钯膜 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2306007
南京师范大学计算机与电子信息学院，江苏省光电技术重点实验室，江苏 南京 210023
提出了一种基于双环光电振荡器（OEO）的频分复用光纤布拉格光栅（FBG）传感系统。在该传感系统中，从两个级联的FBG反射的光信号经马赫-曾德尔调制器调制后进入光路的双环结构，两路光信号经耦合后再通过波分复用分成两路，由光电探测器还原为电信号。该电信号分别通过两个不同中心频率的电带通滤波器后形成稳定的微波振荡，输出两路微波信号，分别对应两个FBG传感器。最后，通过对两路微波信号的频率漂移进行测量，最终实现传感解调。实验中对两个FBG分别施加应变和温度，结果表明：传感系统的应变灵敏度为0.100 kHz/μ?，最大频率偏移0.035 kHz，对应0.35 μ?的测量误差；温度灵敏度为1.135 kHz/℃，最大频率偏移0.072 kHz，对应0.06 ℃的测量误差。该系统借助双环OEO的结构，具有稳定性高、测量误差小的优点。
传感器 光电振荡器 微波光子学 频分复用 光纤光栅 光学学报
2023, 43(20): 2028002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications (Ministry of Education), University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
2 Guangdong and Hong Kong Joint Research Centre for Optical Fiber Sensors, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Optical microcavities offer a promising platform for highly efficient light–matter interactions. Recently, the combination of microresonators and 2D materials in the nanoscale has further enriched the optoelectronics of microcavity geometries, spurring broad advances including lasers, nonlinear converters, modulators, and sensors. Here, we report the concept of compact dual-laser cogeneration in a graphene-microcavity fiber, which offers a way to cancel the optical common mode noises. Driven by a single 980 nm pump, orthogonally polarized laser lines are generated in a pair of degeneracy breaking modes. The two laser lines produce a heterodyne beat note at 118.96 MHz, with frequency noise down to at 1 MHz offset, demonstrating a linewidth of 930 Hz in vacuum. This compact device enables on-line and label-free gas detection with high resolution, realizing a detection limit on a single pmol/L level, and a capability to quantitatively trace gas–graphene interactions. Such a combination of graphene optoelectronics and microcavity photonics demonstrates a novel physical paradigm for microlaser control and offers a new scheme for in situ chemical sensing.
Photonics Research
2023, 11(8): A1
1 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳市 物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市 超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
3 人工智能与数字经济广东省实验室（深圳），广东 深圳 518107
基于瑞利散射的光频域反射技术（OFDR）因其高空间分辨率和高灵敏度等优点，在航空航天、健康医疗和高精密仪器检测等领域受到广泛关注。OFDR技术因光纤中瑞利信号弱和光源非线性调谐等问题，限制了其空间分辨率和传感距离等性能的提升。针对此问题，论述了OFDR传感原理，介绍了提升OFDR性能的光纤后处理和数据后处理2种方法，重点介绍了紫外曝光和飞秒激光后处理方法制备瑞利散射增强型光纤，并利用瑞利散射增强型光纤结合后处理算法，实现了温度、应变和三维形状传感。
光频域反射技术 分布式光纤传感 瑞利散射 温度传感 应变传感 形状传感 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106007
1 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部／广东省重点实验室，广东 深圳 518060
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
3 深圳大学广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
4 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230601
5 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230601
非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程，其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性，相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展，并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理，论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战，并展望了未来的发展前景。
激光光学 飞秒激光 微纳加工 非线性光子晶体 准相位匹配 非线性光束整形
1 深圳大学 物理与光电工程学院 光电子器件与系统教育部重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学 广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，广东 深圳 518060
在高速飞行器、航空发动机、核反应堆等**安全和国民经济的重要领域，需要实现1800 ℃以上的高温原位测量。常规石英光纤传感器受限于材料特性，无法在1000 ℃以上高温环境中长期稳定使用。单晶蓝宝石光纤具有极高的熔点（2053 ℃）和较低的传输损耗，是一种良好的高温传感材料。在单晶蓝宝石光纤内部刻写布拉格光栅，可以研制出蓝宝石光纤光栅传感器，具有耐温性能好、测量精度高、便于多点测量等优点，是当前最具发展前景的新型高温传感器件。首先介绍了蓝宝石光纤光栅高温传感器的工作原理和理论模型，接着介绍了利用飞秒激光制备蓝宝石光纤光栅的三种主流技术，包括相位掩模板扫描法、双光束干涉法、直写法，并从制备效率、光谱质量等方面比较了三种技术的优劣，指出飞秒激光直写法是制备蓝宝石光纤光栅高温传感器的最佳手段；然后介绍了蓝宝石光纤光栅的光谱优化方法，包括如何减小光栅光谱带宽和如何降低光谱噪声；进一步介绍了蓝宝石光纤光栅的高温传感特性、封装工艺及高温温度、应变传感应用；最后展望了蓝宝石光纤光栅传感器的未来发展趋势。蓝宝石光纤光栅高温传感器的快速发展和大规模推广应用，必将有助于解决当前我国航空航天、核电等领域重大装备结构健康监测的卡脖子难题。
高温传感器 蓝宝石光纤光栅 飞秒激光微加工 high-temperature sensor sapphire fiber Bragg grating femtosecond laser micromachining 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220700
Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen Key Laboratory of Photonic Devices and Sensing Systems for Internet of Things, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Guangdong and Hong Kong Joint Research Centre for Optical Fibre Sensors, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
A probe-shaped sensor for simultaneous temperature and pressure measurement was reported in this article. The effective length of the sensor was ~2 mm, consisting of a fiber Bragg grating (FBG) and a Fabry-Perot interferometer (FPI) with a nano silica diaphragm. The response sensitivities of the sensor for pressure and temperature were measured as –0.98 nm/MPa and 11.10 pm/℃, respectively. This sensor had an extremely low cross-sensitivity between pressure and temperature, which provided a significant potential in dual-parameter sensing.
Fabry-Perot interferometer fiber Bragg grating fiber optics sensors Photonic Sensors
2021, 11(4): 411
