1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101 齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所, 山东 济南 250104
2 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
3 齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所, 山东 济南 250104
拉曼光谱具有分辨率高、 分析速度快、 检测样品制备简单、 无损以及可在线测量等优点, 被广泛用于分析物质的成分与分子结构信息, 可以对多种有机物和无机物进行定性和定量的分析。 目前主要应用多以相对比较成熟的定性分析为主, 用于定量分析时, 一方面由于拉曼光谱的重现性较差, 会受到很多内部因素干扰; 另一方面, 拉曼光谱的分析理论相比于传统技术还不够完善, 分析结果的误差较大, 限制了其在定量分析中的应用。 在基于强度比值的定量分析中, 拉曼强度归一化理论的出现为拉曼光谱的应用提供了理论依据, 参考峰/内标峰及拟合方法的选择对测量准确性和稳定性有较大的影响。 采用激光拉曼系统研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰（C-C-O对称伸缩, 874 cm-1）与其他参考峰/内标峰的相对强度关系, 分别提出了基于乙醇本征峰位比值法和基于CCl4特征峰位的内标法, 建立了线性回归分析模型, 经归一化处理后两种方法均可有效消除系统中的突变噪声及强荧光背景的影响。 通过联合假设检验等统计学方法对比了不同组内与组间的数据差异, 确定了两种方法中准确性和稳定性最好的参考峰/内标峰。 F检验与t检验表明, 用乙醇自身峰位比值法进行标定时, 以1 446 cm-1（CH3-不对称变形）处特征峰为参考峰建立的标准曲线能更为准确地反演乙醇的浓度; 用CCl4作为内标物时, 以446 cm-1处拉曼特征峰为内标峰时的标准曲线具有更高的稳定性和准确度。 30 d内进行二次复测量时无需进行标准曲线的再次测量与绘制, 避免了重复的定量分析实验以及后期数据处理过程对时间的消耗。 根据不同标定方法建立的线性回归模型能够为乙醇溶液浓度的定量分析提供实验依据, 通过该模型在乙醇溶液浓度检测系统中的应用, 可以较为精确地实时反演乙醇浓度, 从而实现对具有强荧光背景干扰的高浓度范围的乙醇溶液准确、 快速、 实时的定量分析。
拉曼光谱 定量分析 峰位比值法 内标法 Raman spectroscopy Quantitative analysis Peak ratio method Internal standard method 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3820
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）激光研究所，山东 济南 250014
3 山东建筑大学理学院，山东 济南 250101
地震检波器是石油勘探中必不可少的工具，主要被用于地震波采集以获取地层信息，进而实现油藏勘察以及压裂采油技术的监控。研究了分布式光纤声波传感（DAS）系统及其在石油物探中的应用，深入分析了DAS技术的干涉式解调原理、算法和参数测试。此外，还进行了地面物探实验，通过外场实验获取了大量地震波信息，绘制出了清晰的地震剖面图，并对DAS的性能和测试数据进行了详细分析。
光纤光学 光纤传感 石油物探 分布式声波传感器 检波器 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0306006
1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。布里渊环形腔腔长为10 m,加偏振控制后可获得单频布里渊激光输出。为保证激光器的单纵模输出,分布反馈光纤激光器和半导体激光器泵浦光源功率应分别不低于20 mW和50 mW。泵浦光源输出功率最大为250 mW时,最终布里渊激光输出功率超过15 mW,线宽可小于100 Hz。
光纤激光器 超窄线宽 分布式反馈 布里渊光纤激光器 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071401
Author Affiliations
Abstract
1 School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
3 School of Electrical Engineering & Telecommunications, University of New South Wales, NSW 2052, Australia
We propose a new non-intrusive flow measurement method using the distributed feedback fiber laser (DFB-FL) as a sensor to monitor flow in the pipe. The relationship between the wavelength of the DFB-FL and the liquid flow rate in the pipeline is derived. Under the guidance of this theory, the design and test of the flow sensor is completed. The response curve is relatively flat in the frequency range of 10 Hz to 500 Hz, and the response of the flow sensor has high linearity. The flow from 0.6 m3/h to 25.5 m3/h is accurately measured under the energy analysis method in different frequency intervals. A minimum flow rate of 0.046 m/s is achieved. The experimental results demonstrate the feasibility of the new non-intrusive flow measurement method based on the DFB-FL and accurate measurement of small flow rates.
DFB-FL flow non-intrusive measurement energy analysis frequency interval Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021204
Author Affiliations
Abstract
Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250103, China
A fiber Bragg grating (FBG) and Fabry–Perot (FP) cavity cascaded fiber sensing system was manufactured for temperature and pressure sensing. Temperature sensing as high as 175°C was performed by an FBG for the linear variation of an FBG wavelength with temperature. After the temperature was sensed, the demodulation system can find the original FP cavity length and its pressure and cavity length correlation coefficient; thus, the ambient pressure would be calculated. The sensing pressure can be as high as 100 MPa with a repeatability of 1/10,000 and high stability. This kind of fiber sensor has been used in the Shengli Oil Field.
060.2370 Fiber optics sensors 060.3735 Fiber Bragg gratings 050.2230 Fabry-Perot Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 040603
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technologies, Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
2 School of Electrical Engineering and Telecommunications, The University of New South Wales, NSW 2052, Australia
3 College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering and Key Laboratory of Opto-Electronics Information and Technical Science, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We present a high-sensitivity fiber Bragg grating (FBG)-based microphone with a flat response and static pressure equalization. A very high dynamic sensitivity of the microphone is achieved by a pressure sensing structure based on a carbon fiber diaphragm. Static pressure equalization is realized by a balance structure with a capillary glass tube. The resonances of the sensor are suppressed by air damping structures, and a broadened flat response is achieved. An acoustic-solid interaction model was used to analyze the response characteristics of the microphone. An experimental prototype was produced and tested, and the results are well consistent with the design. The tested sensitivity was 10 dB re 1 pm/Pa from 10 Hz to 2.5 kHz with a fluctuation of less than ±1.5 dB. Combined with the phase-generated-carrier-based coherent detection scheme, the microphone can achieve a sound resolution of the milli-pascal level. The static pressure sensitivity is measured to be 0.27 pm/atm, which is 100 dB lower than the dynamic sensitivity.
060.2370 Fiber optics sensors Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 010601
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学 电气工程与电信学院, 新南威尔士 2052
提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化, 含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉, 光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调, 提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断, 实现了15 dB的信噪比以及35 m的探测距离。
分布式振动传感 周界安防 干涉仪 空间差分 distributed vibration sensing perimeter security interferometer space difference 红外与激光工程
2018, 47(5): 0522001
介绍了一种光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用。首先设计了贴片式的光纤光栅应变传感器，采用无胶化封装，具有良好的线性和重复性。然后搭建了基于非平衡MZ干涉仪的PGC解调系统，实现了船体应变信号的高精度实时解调。最后介绍了传感器的施工工艺和流程，并对传感系统采集到的结构应变数据进行了分析。研究成果对光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的推广应用具有工程指导意义。
光纤光栅 应变 船舶 结构监测 FBG strain ship structure monitoring
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 胜利油田新胜石油物探技术服务有限责任公司, 山东 东营 257000
提出了一种利用均匀相位掩模板制作啁啾光纤光栅(FBG)的方法。在对光纤的扫描曝光过程中, 相位掩模板沿长度方向周期性抖动, 且抖动幅度随光栅扫描长度的变化而变化, 使FBG的相位随着掩模板位置的变化而变化, 实现了FBG周期的线性调制, 从而得到线性啁啾FBG。掩模板抖动振幅的变化规律决定了FBG的啁啾系数。设计了3种不同的相位掩模板抖动函数, 实验制作了不同啁啾量的FBG。
光纤光学 啁啾光纤光栅 相位掩模板 抖动 激光与光电子学进展
2017, 54(2): 020603
山东省科学院激光研究所 山东省光纤传感技术重点实验室, 济南 250014
分析了分布反馈光纤激光器的声波敏感机理, 发现阻断“弦”结构对声振动的传递和响应是隔声隔振封装工艺的关键.根据分析设计了一种主体为弧形中性轴线槽的封装结构, 分布反馈光纤激光器有源相移光栅在一定预拉力下粘结固定在封装结构的槽中, 光栅各点均贴附在弧形平面上.实验结果表明, 这种结构有效消除了声致弯曲等效应的影响, 使激光器窄线宽特性在外界声波和振动冲击下能够得到良好保持.同时, 实现了激光波长大范围的温度调谐, 波长温度调谐系数由10 pm/℃提高到30 pm/℃以上, 且激光器输出性能稳定.
光纤激光器 分布反馈光纤激光器 有源相移光纤光栅 隔声隔振 频率调制 Fibre laser Distributed feedback fibre laser Phase shifted fiber Bragg grating Acoustic and vibration isolation Frequency modulation
