上海电力大学 电子与信息工程学院，上海 201306
为了精确测量溶解氧（DO）浓度，提高传感器灵敏度和稳定性，文章采用改进的溶胶-凝胶技术，以钌（Ru）为荧光指示剂，研制了两种基于荧光猝灭原理的氟化改性干凝胶氧气敏感材料，分别为三氟丙基三甲氧基硅烷/正硅酸四乙酯（TFP-Tri-MOS/TEOS）和三氟丙基三甲氧基硅烷/1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷（TFP-TriMOS/BTESE）氟化杂化干凝胶，采用浸渍涂膜法将敏感材料涂覆于塑料光纤表面制备氧气传感探头，并对其不同前驱体配比下的DO传感性能进行研究。实验结果表明，所制备的光纤氧传感探头均具有较好的DO传感性能，且检测下限分别为0.135和0.118 mg/L。与涂覆单一前驱体（TEOS、BTESE和TFP-TriMOS）的光纤氧传感探头相比，基于氟化改性干凝胶的光纤氧传感探头具有更高的线性度，以及更低的检测下限。对氟化改性DO传感探头的稳定性和在不同pH值下的抗干扰能力进行了研究，结果表明，所制备的两种光纤氧传感探头均具有较好的稳定性和抗干扰能力。
光纤传感 氧敏感膜 氟化改性干凝胶 溶解氧 optical fiber sensing oxygen sensitive membrane fluorinated dry gel DO
上海电力大学 电子与信息工程学院, 上海 201306
电力设备的局部放电监测是发现设备的绝缘缺陷、维护电网安全运行的重要手段。文章基于分布反馈(DFB)激光器线宽窄、噪声低、相干长度长等优点, 设计了一种用于局部放电监测的振动传感系统。系统采用粘接在悬臂梁上的DFB激光器作为传感头, 利用光纤迈克尔逊干涉仪将DFB激光器波长变化转换为干涉仪的输出光强变化, 采用相位生成载波(PGC)算法进行局部放电信号解调。设计并仿真分析了悬臂梁的振动响应特性, 得到其一阶谐振频率为876Hz。研究了迈克尔逊干涉仪臂长差与系统灵敏度的关系。实验选取脉冲点火器作为局部放电源进行放电检测, 验证了系统用于局部放电检测的可行性。结果表明, 该系统能够检测到800~900Hz放电信号, 灵敏度可达-74.67dB re rad/Pa。
局部放电 DFB激光器 光纤迈克尔逊干涉仪 PGC解调算法 partial discharge DFB laser fiber optic Michelson interferometer PGC demodulation algorithm
1 上海电力大学 电子与信息工程学院，上海 200135
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
短相干激光光源在进行高精度的干涉测量时，可以消除被测光学元件前后表面反射形成的杂散光，是低相干干涉仪的理想光源。针对低相干干涉应用对光源的需求，依据速率方程和激光调制特性对射频调制下的短相干半导体激光器光谱特性进行了理论研究。搭建了短相干光源系统，研究了半导体激光器斜率效率
$ \eta $![]()
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、偏置电流
$ {I_b} $![]()
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、射频信号频率
$ {f_m} $![]()
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和幅度
$ {A_m} $![]()
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对其相干长度的影响。实验结果表明，斜率效率大的半导体激光器更有助于短相干特性的实现，随着调制信号频率和幅值增加，工作在阈值附近的激光器相干长度随之降低，该系统在
$ {I_b} = 1.3{I_{th}} $![]()
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、
$ {f_m} = {\text{950\;MHz}} $![]()
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、
$ {A_m} = {\text{19\;dBm}} $![]()
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的条件下获得了相干长度为90
$ {\text{μm}} $![]()
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的短相干光源。并成功应用于斐索干涉仪上，获得了对比度
$ K = 0.931\;8 $![]()
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的清晰干涉图像，与现有短相干光源相比，对比度提高了约51.1%，实现了对平行平板玻璃面形的测量。
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220553
上海电力大学电子与信息工程学院，上海 200120
采用钨粉过氧化聚钨酸法制备三氧化钨溶胶，并掺杂氯铂酸。采用旋涂法制备含有铂的氢致变色三氧化钨（Pt-WO3）纳米薄膜。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和X射线能谱分析等方法分析薄膜的性质，测试结果表明：薄膜为非晶态；薄膜表面平整，没有凸起及裂痕，金属单质铂均匀分布在薄膜表面；薄膜表面均匀分布着三氧化钨分子，呈疏松多孔结构。搭建透射式光纤氢气传感系统，当氢气分子存在时，掺杂铂的三氧化钨薄膜在铂的催化下发生化学反应，进而改变薄膜的折射率，通过测试透射光强变化情况反演氢气浓度。研究结果表明，匀胶机转速为3100 r/min、旋涂时间为60 s、退火温度为400 ℃、退火时间为60 min的条件下制备的Pt-WO3薄膜，在体积分数5%的H2下通氢响应时间约为62 s，通氢前后信号响应幅值变化率约为91.54%，并且该薄膜具有良好的重复性和稳定性。
薄膜 光纤氢气传感 铂-三氧化钨 氢敏薄膜 溶胶凝胶 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0731001
1 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 201306
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
山药是一种富含多种物质的中药材，确保山药的安全使用具有重要的意义。使用Gaussview/Gaussian09w软件对农药倍硫磷、三唑磷和福美双进行理论计算，结合农药标准溶液的表面增强拉曼光谱（SERS），确定了三种农药的拉曼特征峰。利用自组装共聚焦显微拉曼光谱仪，以金纳米溶胶作为SERS的增强基底，对中药材山药中倍硫磷、三唑磷、福美双农药残留进行了研究。实验优化了待测农药、盐酸、金溶胶粒子体积配比。实验结果表明：倍硫磷农药的拉曼谱峰带在717，1050，1221 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，且在5~15 mg?L-1范围内的拉曼峰强度与倍硫磷浓度的线性度（R）为0.9762；三唑磷的拉曼谱峰带在611，978，1001，1321，1408，1597 cm-1附近，最低检测限达到1 mg?L-1，在5~9 mg?L-1范围内的R为0.9087；福美双的拉曼谱峰带在556，865，1146，1506 cm-1附近，最低检测限达到0.1 mg?L-1，且在0~20 mg?L-1范围内的R为0.9905。以金纳米溶胶作为SERS增强基底的拉曼光谱检测技术有望实现对中药中农药残留的现场快速检测。
成像系统 表面增强拉曼光谱 拉曼特征峰 金纳米粒子 农药残留 拉曼光谱仪 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0417001
1 上海电力大学 电子与信息工程学院，上海 200090
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术研究了氧化铝（Al2O3）在宽带太赫兹波范围（0.2~3.0 THz）内的光谱特性。改变晶体光轴与太赫兹脉冲偏振方向间的夹角（方位角），得到了Al2O3晶体在不同方位角下的太赫兹时域谱，计算了Al2O3晶体o光和e光的折射率和吸收系数，并画出了Al2O3晶体在太赫兹波段的折射率椭圆图。结果表明，Al2O3在太赫兹频段具有较大的双折射率和较低的吸收系数，双折射率高达0.36，吸收系数低于5 cm-1。基于Al2O3晶体的双折射特性实现了对THz脉冲的相位和振幅的调制。Al2O3晶体可以作为THz脉冲的“整形器”，为太赫兹波在超宽带、超高速通信系统的应用提供重要参考。
氧化铝 太赫兹时域光谱 双折射 脉冲整形 aluminium oxide Terahertz time-domain spectroscopy birefringence pulse shaping
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
报道了一种用于布里渊分布式光纤传感器(DOFS)的高稳定光学锁频系统。一台波长为1550 nm的半导体分布反馈(DFB)激光器作为主激光器用于光纤传感探测，另一台同样的激光器作为从激光器，采用光学锁相的方法将其与主激光器进行频率跟踪，使主激光器与从激光器频率差恒定为11 GHz。利用该光源搭建基于自发布里渊的分布式光纤传感系统(BOTDR)，可以有效地实现宽带移频，使得探测解调频率降低到百兆赫兹量级，大大降低了探测的噪声，并且降低了BOTDR系统成本。结果表明，采用此光源方案的频率波动范围为±1 MHz。
激光器 布里渊散射 分布式传感 光学锁相 相频检测器
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
针对多普勒测风激光雷达系统的应用需求，研制了一套结构紧凑、操作灵活的Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频系统。直接数字频率合成器(DDS)产生激光器高频相位调制信号，模拟混频器解调激光器的频率漂移信息，高集成度的数字信号处理器(DSP)作为稳频控制系统的心脏，负责整个稳频系统的总线控制、信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。实验表明，在2.5 h内激光器的相对频率漂移不超过±17 kHz，其均方根(RMS)误差为5 kHz，绝对频率稳定度优于200 kHz。在主动对法布里珀罗干涉仪(FPI)施加6 Hz固定扰动时，系统能够在30 ms内迅速恢复稳定。满足直接探测多普勒测风雷达系统中0.1 m/s测风精度的应用需求。
激光技术 PDH稳频 法布里珀罗干涉仪 共振频率 数字信号处理 伺服控制
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-state Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A robust charge-coupled device (CCD) photoelectric autocollimator for outdoor use is designed and demonstrated. The influence of outdoor conditions on the signal-to-noise ratio (SNR) and imaging quality of the measuring system is experimentally analyzed. The pulse width modulation technology is applied to the automatic feedback control of the actively regulated illuminating light source of the measuring system to maximize SNR while avoiding image saturation. A Fourier phase shift method for subpixel estimation is adopted to achieve high-accuracy measurement in the presence of noises. Experimental results indicate that the technologies proposed here largely improve the measuring stability, dynamic range, and accuracy of the CCD photoelectric autocollimator used outdoors.
CCD光电自准直仪 户外使用 亚像素 傅里叶相移 PWM 120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 120.1680 Collimation 100.0100 Image processing 100.2650 Fringe analysis Chinese Optics Letters
2011, 9(9): 091201
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-State Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A novel beam-steering external cavity diode laser using an intracavity lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) electro-optic ceramic deflector is proposed and demonstrated experimentally. The laser consists of a semiconductor laser with single mode fiber coupled output, polarization controller, PLZT electro-optic ceramic deflector, and output concave mirror. By applying proper driven electrical signals on the PLZT electro-optic deflector, the beam deflection angle achieves 5.8 mrad at 1 000 V. A high-speed beam-steering property with less than 120-ns switching time is also observed. Moreover, a good beam quality with Gaussian spatial profile and a linear polarization state are obtained.
腔内光束操控 外腔半导体激光器 PLZT电光陶瓷偏转器 140.0140 Lasers and laser optics 140.2020 Diode lasers 230.0230 Optical devices 230.2090 Electro-optical devices Chinese Optics Letters
2011, 9(8): 081406
