Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Information Optics and Optoelectronic Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510000, China
A planar-integrated optical system (PIOS) represents powerful optical imaging and information processing techniques and is a potential candidate for the realization of a three-dimensional (3D) integrated optoelectronic intelligent system. Coupling the optical wave carrying information into a planar transparent substrate (typically fused silica) is an essential prerequisite for the realization of such a PIOS. Unlike conventional grating couplers for nano-waveguides on the silicon-on-insulator platform, the grating couplers for PIOS enable to obtain a higher design freedom and to achieve much higher coupling efficiency. By combining the rigorous coupled wave algorithm and simulated annealing optimization algorithm, a high-efficiency asymmetric double-groove grating coupler is designed for PIOS. It is indicated that, under the condition of the normal incidence of TE polarization, the diffraction efficiency of the st order is over 95%, and its average value is 97.3% and 92.8% in the C and C+L bands. The simulation results indicate that this type of grating coupler has good tolerance and is expected to be applied in optical interconnections, waveguide-based augmented reality glasses, and planar-integrated 3D interconnection optical computing systems.
double-groove grating vertical coupling planar integration optical computing Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 090501
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
现有报道的PCF-SPR折射率传感器的检测范围普遍较窄, 不能实现低折射率的检测, 且工作波段多数集中在可见光或通信波段, 这限制了传感器的应用范围。鉴于此, 提出了一种基于D型双芯PCF结构的SPR传感器, 使用氧化铟锡作为等离子体材料沉积在D型PCF抛光表面, 并对该传感器的理论模型进行了分析, 包括金属参数对传感性能的影响, PCF结构参数对传感性能的影响。计算结果表明, 该传感器可在波长1300~2600nm的近红外区域实现1.27~1.39的超宽范围的折射率检测, 最高灵敏度可达35000nm/RIU, 分辨率为2.85×10-6RIU。该传感器的超高灵敏度和超宽折射率检测范围可应用于血浆、白细胞、血红蛋白、人体肠粘膜、人体肝脏、丙酮等生物组织及医药和化学领域的检测。
光子晶体光纤 表面等离子体共振 有限元法 折射率传感器 photonic crystal fiber surface plasmon resonance finite element method refractive index sensor
四旋翼飞行器因存在参数不确定性和环境干扰,会出现姿态不稳定的问题，而传统的PID控制对四旋翼的姿态稳定及机动性达不到控制需求。为此，提出了一种扩张状态观测器(ESO)的RBF神经网络PID控制器。首先，利用ESO的扩张特性和非线性函数对扰动进行估计和补偿，减少系统的误差; 其次，将ESO对系统输出的估计值作为RBF神经网络的输入，使梯度信息更加精确，能够更好地优化增量PID的参数; 最后，该神经网络的激励函数取高斯基函数，利用RBF神经网络的自适应性、自学习能力对模型控制参数进行调整。Matlab仿真实验表明，在未知干扰环境下，ESO的RBF神经网络PID控制器能够明显提高系统的抗干扰能力，且具有较小的超调量及较好的鲁棒性。
四旋翼控制 扩张状态观测器 径向基函数神经网络 比例积分微分控制 quadrotor control extended state observer RBF neural network PID control
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130061
为了实现对早期、小规模溢油检测及预警, 采用对外界介质折射率微小变化敏感的表面等离子体共振传感技术, 设计搭建了一套小型溢油检测实验装置, 创建了一个基于表面等离子体共振设计的GUI界面用于选取传感参量, 并通过C++编译了一套具有数据采集、存储、处理以及显示功能的软件用于数据处理以及提前预警, 进行了理论分析和实验验证, 取得了折射率为1.4451, 1.4774, 1.5299的原油样品的表面等离子体共振响应数据。结果表明, 实验数据与仿真结果相符, 该装置可用于海上溢油检测实验研究, 其软件设计满足预警需求。这一结果对海上溢油检测是有帮助的。
光纤光学 海上溢油 表面等离子体共振 硬件设计 软件预警 图形用户界面 fiber optics marine oil spill surface plasmon resonance hardware design software warning graphical user interface
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学理学院河北省微结构材料物理重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
4 中国电子工程设计院有限公司, 北京 100142
基于1/4波片相位延迟功能,结合起偏器与法拉第旋光器,提出了一种集起偏与相位偏置功能于一体的用于Sagnac环路中的非互易相位调制器设计方案。所提结构从根本上消除了延迟线圈对系统灵敏度的影响,降低了系统复杂度,减小了体积。实验测得该相位调制器的相对插入损耗为3.6 dB,相位偏置角度为89.9605°,实验结果能够很好地与理论分析结果吻合。提出了变比误差自补偿技术,分析得到:当温度在-40~40 ℃范围内变化时,不同制作工艺下系统的最低变比误差不超过±0.02%。
光纤光学 光纤电流互感器 温度补偿 Sagnac干涉仪 相位调制器
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
针对长周期光纤光栅用作折射率传感器时对低浓度溶液不敏感的问题,提出了一种纳米膜修饰的光栅生物传感器,实现了抗原生物分子的低浓度测量。实验结果表明,经薄膜修饰后的光栅传感器,对低浓度的抗原溶液探测的灵敏度有了显著提高。当羊抗兔IgG浓度(质量浓度)为固定值0.01 mg·mL
-1时,随着兔IgG浓度的增加,覆膜长周期光纤光栅峰值损耗响应明显。实验测得周期为445,460,500 μm的生物传感器对应的浓度灵敏度分别为2101.5,1306.5,575.9 dB·mg
-1·mL。待测抗原浓度仅与光栅峰值损耗有关,实验测得兔IgG最小浓度为0.0003125 mg·mL
-1。该传感器灵敏度高、无需标记、稳定性强,且结构简单不易受电磁干扰,在生物传感领域拥有广阔的应用前景。
光纤光学 长周期光纤光栅 生物传感 纳米膜修饰光栅 低浓度测量 浓度灵敏度 光学学报
2018, 38(10): 1006005
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 长春 130012
提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响, 采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源, 通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位, 进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明, 该系统能有效地探测到5 km和9 km处的正弦扰动, 定位信号信噪比分别达17.8 dB和16 dB, 相位解调结果准确还原正弦扰动, 与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991, 均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线, 并能准确得到不同扰动频率, 且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系, 线性拟合系数达0.992, 均方根误差为0.499, 均优于非同源解调结果.
光纤传感 时钟同源 I/Q解调 相位敏感光时域反射系统 残余频率 Fiber sensor Clock homology I/Q demodulation Phase-sensitive optical time-domain system Residual frequency
吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130012
基于相位敏感的光时域反射系统(Ф-OTDR)是一种新型的分布式光纤扰动传感系统。随着应用需求的不断细化, 单纯对外部侵扰活动的检测及定位已无法满足实际需要, 亟待对检测到的信号进行准确的分类识别。在检测到侵扰信号的同时, 如何能准确判别入侵事件的类别, 减少误报率和漏报率是分布式光纤扰动传感系统研究的关键问题。文中主要针对分布式光纤扰动传感系统的原理进行了简要的介绍, 将现有的扰动信号特征提取的方法和分类器设计的方法进行归纳和分类, 并对识别结果进行总结和对比以方便研究人员根据应用环境的差异以及待测信号的特征, 准确选择适合的信号模式识别方法, 促进研究人员对分布式光纤扰动传感系统模式识别方法进行更为深入的研究。
分布式光纤扰动 模式识别 特征提取 分类器设计 distributed fiber perturbation pattern recognition feature extraction classifier design 红外与激光工程
2018, 47(7): 0722001
