1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
本文对基于光纤布拉格光栅（FBG）的呼吸测量及分类系统进行了研究。为了方便智能穿戴的需要，用聚二甲基硅氧烷对裸光纤光栅进行了封装，搭建呼吸监测系统，实现了呼吸信号的测量。采集了屏息、咳嗽、正常呼吸和运动后呼吸四种呼吸信号，基于小波分解与重构，对采集的呼吸信号进行预处理并提取呼吸信号的频率、振幅因数、波形因数和能量作为区分呼吸类型的特征。构建基于支持向量机（SVM）的呼吸分类模型，采用粒子群（PSO）优化SVM的模型参数，最后实现了97.1875%的分类准确率。该系统具有成本低、结构紧凑、设计简单等特点，可以丰富数字诊疗技术。
光纤光栅传感 呼吸监测 机器学习 特征提取 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106030
南昌航空大学测试与光电工程学院无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
回音壁模式光学微腔凭借其超高的品质因数和极小的模式体积在微型激光器、光学滤波器、非线性转换器和光学传感器等光子学器件中扮演着重要的角色。然而，这类微腔光学系统的谐振特性受外界环境的影响非常大，需要消除外界环境对微腔器件的干扰才能进入外场应用。研究了回音壁模式光学微腔的间接封装技术，封装型微球腔器件的Q值达到5.1×107。研究了封装型微腔器件的稳定性，分析了谐振模式透过率、谐振点偏移和半峰全宽的艾伦方差。结果显示，设计的封装型微球腔器件有着很强的稳定性，并且具有强鲁棒性、便携性、隔离性、集成性等诸多优势，推动了微腔器件的实用化。
光纤光学 光学微腔 耦合 封装器件 稳定性 艾伦方差 中国激光
2022, 49(17): 1713002
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
提出了一种基于支持向量机（SVM）的两点光源定位技术。发送端利用现场可编程门阵列产生位置信息，编码并加载到对应的发光二极管（LED）驱动电路，接收端的图像传感器捕获两个LED的图像。在实际定位时，定位点的移动会导致接收光功率的变化，从而影响曝光度与曝光时间，继而无法准确提取条纹特征，因此提出了一种选择列像素的方法。利用SVM实现对LED的分类及准确识别，并利用可见光的三维成像定位算法得到目标的实际位置，最终在30 cm×30 cm×50 cm的空间范围内实现了精度为1~2 cm的定位。
机器视觉 可见光通信 室内定位 现场可编程门阵列 图像处理 机器学习 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1615005
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
光纤语音传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高和传感距离远等优势，但用其进行语音探测时往往存在较大的噪声，极大影响了语音信号的质量。为了对语音信号进行降噪处理，针对光纤语音传感系统提出了一种基于端点检测的多窗谱估计谱减法。通过端点检测判断噪声帧与语音帧，以实现噪声平均幅值的估计。搭建的直线型Sagnac光纤语音传感实验结果表明，相比传统谱减法及多窗谱估计谱减法，本方法对背景噪声的抑制效果更好，降噪后语言信号的信噪比可提高2～3 dB。
测量与计量 Sagnac效应 声音传感 谱减法 端点检测 语音降噪 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1106002
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室，江西 南昌 330063
提出了一套基于现场可编程门阵列（FPGA）的分布式拉曼光纤传感系统，实现了信号的采集、传输、处理。为了提高系统的信噪比（SNR），提出了基于FPGA的累加迭代平均滤波算法和非线性小波变换阈值去噪法。首先对放大之后的斯托克斯光和反斯托克斯光信号进行累加迭代，然后再平均，经过8000次累加迭代平均之后，系统信噪比提高了36.748 dB。之后解调出温度，对温度信息再进行非线性小波变换阈值去噪，最后经过加温实验验证，系统的测温精度为±1.5 ℃左右。
光纤光学 拉曼 现场可编程门阵列 累加迭代平均 非线性小波变换阈值去噪 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0506006
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 无损检测技术教育部重点实验室（南昌航空大学），江西 南昌 330063
基于弯曲光纤研发了脉搏测量系统。首先根据光纤的弯曲损耗理论设计了光纤传感头，然后对采集到的数据进行处理，提取和分析特征点。通过测量人体运动前后、不同年龄、不同性别的脉搏信号，发现人体运动后潮波消失，频率和幅值明显增大，中年人的潮波、重搏波峰、重搏波谷不如青年人的明显，女性的脉搏压力差较男性明显偏小。实验结果表明，基于弯曲光纤的脉搏测量系统可以再现脉搏信号的细节参数，能够准确测量到主波、潮波、重搏波峰、重搏波谷等特征点，该研究对促进数字脉诊技术的发展有重要意义。
光纤光学 弯曲光纤传感头 脉搏 特征点 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0506003
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室，江西 南昌 330063
对基于法布里-珀罗（F-P）微腔结构的光纤声传感系统进行研究。传感头由具有高熔点、低热膨胀系数的氧化锆（ZrO2）管贴合氧化石墨烯（GO）薄膜制作而成。测试结果显示，F-P微腔的腔长为92.943 μm，反射谱的干涉对比度达25 dB。对传感头的声音传感性能进行测试，结合多帧比较法，实现了语音前导无话帧的自动识别。运用基于小波包变换的维纳滤波方法对采集到的信号进行去噪，相比单纯运用维纳滤波的方法，信噪比提高了1.5 dB，从而提高了语音质量。整个系统结构简单、成本低、实用性高，应用场景广泛。
测量 光纤声传感 法布里-珀罗 氧化锆 氧化石墨烯 小波包变换 维纳滤波 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0312003
南昌航空大学无损检测教育部重点实验室, 江西 南昌330063
对基于微锥的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构进行了理论和实验研究。与传统没有经过侧边抛磨的光纤MZI相比,可以看出控制光纤侧抛深度可以有效地提高MZI结构的折射率传感性能。研究结果表明:侧抛深度达41.7 μm时,折射率在1.34附近的传感灵敏度达-117.145 nm/RIU。利用侧抛光纤MZI结构结合亲水性材料氧化石墨烯(GO),通过将其沉积在侧抛光纤MZI表面,实现了对温度和湿度双参量的同时测量。温度和相对湿度(RH)的传感灵敏度分别达131.77 pm/℃和-76.1 pm/%RH。所提侧抛光纤MZI传感器结构具有灵敏度高、低成本和制备简单等优点,在生物化学传感领域具有广泛的应用前景。
光纤光学 马赫-曾德干涉仪 侧边抛磨 氧化石墨烯 温湿度传感
1 南昌航空大学 江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室，江西 南昌 330063
可调谐激光器在光纤传感和光纤通信中有着广泛的应用，引起了人们的广泛重视。设计并搭建了基于FFP-TF2滤波器的可调谐激光器系统。通过FPGA设计的基于DDS (direct digital frequency synthesis)函数信号发生器与模拟放大电路结合产生的驱动电压，调节FFP-TF2腔长的变化，进而改变激光器的输出波长。该系统可以实现对FFP-TF2单点电压和扫描电压的驱动，从而激光器可以输出单波长激光和多波长扫描激光，在激光器输出波长1 532 nm~1 568 nm范围内，可以调节单波长输出，也可以调节多波长扫描范围，且两种模式可以切换使用。实验结果表明，激光器输出3 dB线宽基本保持在0.01 nm左右，激光器输出中心波长与驱动电压线性拟合度为99.934%，灵敏度为3.915 nm/V，而FFP-TF2输出中心波长与驱动电压线性拟合度为99.986%，灵敏度为4.021 nm/V，激光器输出中心波长相对FFP-TF2的误差为2.6%，说明该激光器系统输出波长具有线宽窄、稳定性好、灵活性高等优点。
光纤光学 FFP-TF2 可调谐 FPGA DDS optical fiber optics FFP-TF2 tunable FPGA DDS
1 南昌航空大学 江西省光电检测技术工程实验室，南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测与光电传感技术及应用国家地方联合工程实验室，南昌330063)
在可见光语音视频的实时传输中，系统对速率要求较高。为了降低传输速率，在发送端利用现场可编程门阵列(FPGA)调制模块分别采集视频数据和语音数据，然后加载至对应的发光二极管(LED)驱动电路，将2路LED发出的光同时投射到光电探测器上；接收端根据光/电转换之后的电压信号进行强度判别，分离出语音数据和视频数据，分别传输至对应的终端。实验证明该系统在传输速率相对较低的情况下可以进行实时语音视频的传输。
可见光通信 信号强度 调制/解调 现场可编程门阵列 混合传输 visible light communication signal intensity modulation and demodulation field programmable gate array hybrid transmission
