1 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
2 鹏城实验室，广东 深圳 518055
高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题，提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统，该系统采用封装好的不同中心波长的相移光纤光栅作为温度敏感单元，以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长，并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考，用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性，以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测，温度分辨率达到10-4 ℃水平，测量范围达到0~100 ℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。
光纤光学 高精度温度传感 扫频激光 相移光纤光栅 光纤光栅封装 光纤光栅阵列
1 中煤科工集团上海有限公司，上海 200030
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
提出了一种利用内调制频率调谐实现高空间分辨率的时间门控数字光频域反射仪（TGD-OFDR）方案，采用电流调谐的分布式反馈（DFB）二极管激光器作为探测光源提供较大的激光频率调谐范围的信号，利用马赫-曾德尔干涉仪（MZI）分析该DFB激光器的电流-频率响应特性后，由任意波形发生器产生的带有预失真的锯齿波信号驱动该DFB激光器，进而补偿激光器扫频时的非线性，同时采用一台波长可调节的稳频激光器的出射光充当本地稳频参考光。实验测试在74 km的光纤链路上实现了10 cm的空间分辨率，动态范围为23.3 dB。
传感器 光纤测量 时间门控数字光频域反射仪 分布式反馈激光器 预失真
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
生物组织的吸收系数和散射系数与组织的生理状态相关，是检测人体健康状态的重要指标。当前双层生物组织模型的光学参数反演方案中，吸收系数和散射系数的预测精度受到上层组织厚度等参数的影响较大，限制了模型的实际应用范围。为此，提出一种对上层组织厚度等参数不敏感的吸收和散射系数反演方法。通过采集漫反射光信号的空间和时间分布信息，并利用卷积神经网络来反演双层生物组织的吸收系数和散射系数，在随机的上层组织厚度和折射率等参量下实现较高的吸收系数和散射系数反演精度。在仿真实验中，基于改进的蒙特卡罗模拟获得双层皮肤模型在不同空间探测位置处、不同时刻的漫反射光强信息，然后利用卷积神经网络实现对两层皮肤组织吸收系数和散射系数的预测。结果表明：在固定的上层组织厚度和折射率参数下，吸收系数和散射系数反演的平均相对误差均小于4%；而当上层组织厚度和折射率存在随机变化时，吸收系数和散射系数的平均相对误差仍小于8%。相较其他方法，所提的测量方案和反演算法进一步提升了反演精度和扩展了实际应用场景，为生物组织光学参数的无创测量提供了新思路。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617018
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
基于瑞利散射频谱的分布式光纤传感系统具有线性度好、可同时检测动态和静态信号的优点,但基于互相关运算的常规解调技术存在计算量非常大的问题。提出一种使用人工神经网络(ANN)算法代替互相关运算来提高瑞利散射频谱解调速度的方案。在该方案中,通过训练ANN模型,建立从瑞利散射曲线形状与对应的探测激光频率之间的映射关系,根据输入的待解调瑞利散射曲线,输出光纤所受到的温度或应变信息。在验证实验中,利用基于啁啾脉冲和匹配滤波器的时间门控光频域反射仪架构,获取不同探测激光频率下待测位置处的瑞利散射曲线数据,证明了基于ANN算法的数据处理方法可以正确地解调出光纤所受的应变;与基于互相关的解调方法相比,所提方法的信噪比有所降低,而计算速度提升了两个数量级以上,实现了动态信号的快速检测。
光学学报
2021, 41(13): 1306012
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
基于光纤的分布式声波传感器（DAS）是近十余年来发展最快的光纤传感技术之一，它能够以高采样率同时获取光纤链路上多个位置处机械振动的波形，从而获取周围环境的丰富信息，在周界围栏安防、油气资源勘探、地震波形检测等领域具有巨大的应用潜力。将介绍DAS的基本原理，包括3种适合在长距离光纤中定位后向瑞利散射（RBS）信号的反射仪技术和2种利用RBS信号恢复振动波形的方法，介绍DAS系统的两类典型应用，最后讨论DAS技术的发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306001
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
基于背向瑞利散射和啁啾探测脉冲的分布式光纤传感器,能够利用单个探测脉冲获取待测光纤的瑞利散射频谱,突破测量精度与空间分辨率之间的矛盾,实现动态应变信号的测量。瑞利散射频移的检测是应变传感的关键,为此,提出了一种基于频率轴方向的瑞利频移检测方案,与之前距离轴方向的瑞利频移检测方案相比,该方案利用了更多的瑞利频谱特征信息,进一步提高了应变信号测量的信噪比。在验证实验中,该方案成功还原出在10 km待测光纤末端上施加的幅度为100 nε的正弦振动波形,系统的空间分辨率为1 m,应变分辨率为157 pε/ ,在不需任何平均处理下,信噪比达到32.5 dB。
光纤光学 分布式光纤传感 瑞利散射 中国激光
2021, 48(11): 1110002
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
光学相控阵是激光雷达中实现非机械光束偏转的一种技术方案,针对现有光学相控阵存在的尺寸大、二维集成困难等问题,提出了一种可实现二维光束偏转的新型二维光学相控阵反射镜。该反射镜采用易于集成的面阵结构,同时利用Gires-Tournois谐振腔在谐振波长附近的色散特性放大相移。仿真结果表明,该结构在谐振波长附近具有较高的相移效率,为实现二维光束偏转提供了一种新的解决方案。
光学器件 二维光学相控阵 Gires-Tournois谐振腔 反射镜 光束偏转
1 上海交通大学电子工程系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 朴牛(上海)科技有限公司, 上海 200240
提出一种基于高保真分布式光纤声波传感器的油气管线泄漏在线监测技术,介绍了该型光纤声波传感器的测量原理和技术优势,利用该传感器在模拟的管道泄漏实验场中实现了对输气管道泄漏的精确监测和定位。针对现场环境复杂、背景噪声强等问题,采用小波降噪算法进一步提升了泄漏事件的检测灵敏度,实现对加压0.05 MPa气体泄漏的准确检测。实验结果表明,本系统在油气管道安全监测领域具有优越的性能和良好的发展前景。
光纤光学 分布式声波传感 泄漏检测 小波降噪 光学学报
2019, 39(10): 1006005
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
作为分布式光纤传感器核心技术，光反射仪能够对光纤进行非破坏性检测，获取沿光纤长度的反射率、折射率和偏振态等分布信息来判断光纤链路各类异常“事件”。在一些高端监测领域，例如光纤到户(fiber-to-the-home, FTTH)接入网的故障诊断、大型发电机组和大型变压器内部的热点和形变监测以及大飞机的机翼结构安全监测等应用，对传感器空间分辨率、测量距离等性能提出了非常高的要求。本文总结了光反射仪技术国内外的研究现状，并针对应用需求，回顾了几种实现长距离高空间分辨率光反射仪的关键技术及其在实现更高性能时所面临的技术难点。针对各类技术难点，分别提出三种创新性方案，从三种不同角度加以改善，推动光反射仪技术在分布式传感系统中的应用。
分布式光纤传感 光反射仪技术 线性光采样技术 空间分辨率 distributed optical fiber sensing optical reflectometry linear optical sampling spatial resolution
湖南师范大学生命科学学院, 蛋白质化学与发育生物学教育部重点实验室, 湖南 长沙 410081
转录因子AP-2是一个功能重要的基因家族, AP-2α在协同调控脂肪细胞分化成熟, 以及脂肪因子分泌的过程中发挥重要作用。为了阐明其协同调控的机制, 本文采用anti-AP-2α抗体免疫共沉淀技术, 从小鼠前脂肪细胞3T3-L1中分离AP-2α相互作用蛋白, 然后用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱结合数据库查询鉴定AP-2α结合蛋白, 找到了acyl-Coenzyme A dehydrogenase,long-chain、Protein-L-isoaspartate(D-aspartate)O-methyltransferase和T-complex protein 1 subunit epsilon三个与AP-2α相互作用的蛋白。为进一步研究小鼠的前脂肪细胞中AP-2α蛋白聚集及在糖脂代谢调控中可能的作用机制提供了重要依据。
免疫共沉淀 相互作用蛋白 AP-2α AP-2α 3T3-L1 3T3-L1 immunoprecipitation interacting proteins
