1 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 崂山实验室, 山东 青岛 266234
3 电磁空间安全全国重点实验室, 天津 300308
海洋是丰富的资源宝库, 对海洋资源的开发和利用尤为重要。水空跨介质探测、通信、水下目标确定等技术一直是相关工作者关注的热点, 同时也是技术难题。声波作为一种机械波, 是水中良好的传播载体, 因此通过提取水下声波信息进行水空跨介质探测及通信不失为一种好方法, 但目前仍缺少完整的水下声信号传播模型及试验基础。本文提出一种基于有限元方法的水下声信号产生水面波纹振动的仿真模型, 并运用激光多普勒测振技术对水面波纹进行检测, 通过试验与仿真两种方式均能在水面以上精准得到水下声波信息。在相同水下声信号参数的条件下, 试验与仿真得到的水面波纹振幅大小一致, 验证了激光多普勒测振技术用于获取水下声波信息的可行性及所建立仿真模型的正确性, 为实现水空跨介质探测及通信的突破提供了试验基础及理论依据。
激光多普勒测振 跨介质探测 水声学原理 有限元方法 laser doppler vibration measurement cross-media detection hydroacoustic principle finite element method
1 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
激光致声混凝土内部空洞检测技术是一种针对混凝土脱空鼓包现象的遥感检测技术，具有检测快速，非接触等特点，满足了在一些不方便进行接触式检测的场景下对混凝土内部空洞进行识别的需求。该技术的实现主要分为声波的激发以及声波的探测。文中聚焦声波激发这一部分，用加速度传感器替代激光测振仪，搭建了一套激光致声混凝土内部空洞检测系统，并对内部预制空洞的混凝土试块进行了检测。实验发现混凝土内部空洞的存在会改变空洞上方结构的抗弯刚度，当存在外部激励时，空洞上方的结构将会出现弯曲振动的现象，该振动的频率接近于振动结构的一阶固有频率。使用高功率密度的脉冲激光器可以方便地激发出缺陷区域的弯曲振动，当空洞缺陷较浅时，可以根据弯曲振动在频域的特征响应判断内部是否存在空洞。随着空洞深度的增加，空洞上方结构的抗弯刚度逐渐增强，弯曲振动的振幅减小，仅凭特征频率将难以实现内部空洞的识别。在这种情况下，可以利用表面振动信号的加速度能量谱来表征振动能量，通过振动能量的高低判断混凝土内部是否存在空洞。基于上述理论，成功探测到了混凝土内部深度为150 mm的空洞，验证了利用激光致声技术检测混凝土内部空洞的可行性。
激光技术 激光致声 混凝土 无损检测 laser technology laser acoustics concrete nondestructive testing 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220306
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology (Tianjin University), Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Department of Optoelectronic Information Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
Phase-modulated metasurfaces that can implement the independent manipulation of co- and cross-polarized output waves under circularly polarized (CP) incidence have been proposed. With this, we introduce one particular metasurface composed of meta-atoms with a phase difference of to generate specific elliptically polarized waves under various polarized incidences. Furthermore, a metasurface composed of these above meta-atoms and the meta-atoms with a phase difference of arranged in a certain rule can realize polarization conversion function between linearly polarized and CP states. The designs shed new light on multifarious optical devices and may further promote the development of metasurface polarization optics.
phase-modulated metasurfaces polarization conversion multiplexing Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 043601
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究。通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论。以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤进行温度为85 ℃、时间为876 h的加速老化实验,结果表明在常温环境工作5 y后铒镱共掺光纤放大器的输出功率将降低11.24%,放大的自发辐射噪声将增加4.1 dB,根据指数模型预测得到该放大器的使用寿命为7.57 y,这些结果为改善光纤放大器的输出性能和寿命预测提供了理论基础和实验依据。
光通信 光纤放大器 铒镱共掺光纤 温度特性 加速老化 功率
基于单层金属手性谐振器的超表面在垂直入射条件下很难激发较大的手性光学响应，难以形成与电偶极矩不正交的面内磁偶极矩分量。光场在介质超原子中激发的位移电流可能引发面内磁矩，进而实现高效的手性光学响应。基于无损的全硅超表面在太赫兹波段实现了巨大的手性响应。手性硅柱中的泄露波导模式同时激发了面内电偶和磁偶极矩，从而引发了自旋选择的后向电磁辐射，进而实现了太赫兹波的手性光学响应。利用线栅偏振片搭建了偏振相关的时域光谱测试系统，测得透射光谱中的圆二色性峰值达0.2。这种制备简单的全硅超表面为太赫兹手性超器件的设计提供了新的思路，有望应用于太赫兹偏振成像、光谱检测等领域。
太赫兹波 手性 全介质超表面 圆偏振 terahertz wave chirality metasurface circular polarization 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 800
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所， 天津300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室， 天津30007
针对光纤放大器的空间应用，对光纤放大器在辐射环境中的性能变化进行了实验研究。对铒镱共掺光纤放大器的增益光纤进行伽马射线辐射，研究了光纤放大器的输出功率和光谱特性的演化规律，并采用频谱测量法研究了光纤放大器的噪声特性。通过总剂量为50 krad的在线辐照实验发现，光纤放大器输出功率、光谱的中心波长峰值功率以及光噪声都随着辐射剂量的积累而不断降低。采用光噪声模型对辐射后的光纤放大器噪声特性进行分析，与辐射前相比，发现光噪声中的弛豫振荡噪声部分和中频部分的相对强度噪声系数分别增加了1.625×10-4 nW·mW-2·Hz-1和3.122×10-4 pW·mW-2·Hz-1，而光散粒噪声系数分别减小0.900 pW·mW-1·Hz-1和0.035 pW·mW-1·Hz-1，对于光纤放大器在太空的实际应用中，需要重视相对强度噪声的抑制。
光纤放大器 辐照效应 光噪声 色心 铒镱共掺光纤 Fiber amplifier Radiation effects Optical noise Color center Erbium-ytterbium co-doped fiber
1 江苏大学 微纳光电子与太赫兹技术研究院，江苏镇江 212013
2 江苏大学 机械工程学院，江苏镇江 212013
3 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
设计了一种多频带可调谐的太赫兹超材料吸收器。在超材料吸收器的结构中，引入光敏半导体硅材料，设计特殊的顶层金属谐振器，分析开口长度、线宽、介质层厚度等参数尺寸对太赫兹超材料吸收器的吸收光谱特性影响。根据光照与光敏半导体硅电导率之间的关系，研究太赫兹超材料吸收器的频率调谐特性。仿真结果得到太赫兹波段的12个吸收频率调制，其中有10处吸收峰的吸收率超过90%近完美吸收，且有6处吸收率达到99%的完美吸收，而且吸收率调制深度和相对带宽分别达到85.9 %和85.5%，具有很强的可调谐特性。设计的光激励太赫兹超材料吸收器结构简单，具有多频带可调谐和完美吸收特性，扩大了吸收器的应用范围。
太赫兹吸收器 超材料 光激励 多频带可调谐 terahertz absorber metamaterials photo excited multi-band tunable
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院, 江苏 镇江 212013
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
基于不同形状和大小的谐振环对电磁场具有不同的响应原理,设计了对4个频带具有电磁响应的、由圆形谐振环结构组成的太赫兹吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)研究了该吸收器的特性,通过改变顶层金属环形图案几何尺寸、中间层电介质厚度以及顶层金属圆环处的硅电导变化率,对太赫兹多频带吸收器进行设计与仿真。在耦合后的多频吸收器的吸收峰中,低频部分被完美吸收,高频部分吸收率由70%增至94%。同时,随着电导率变化,低频分别从0.775 THz和1.064 THz移动到0.697 THz和1.017 THz,分别移动了78 GHz和47 GHz,实现了连续频率调谐。
材料 太赫兹波 超材料吸收器 隐身材料 电导率 中国激光
2019, 46(12): 1214003
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 枣庄学院光电工程学院, 山东 枣庄 277160
电磁超表面由于其独特的电磁特性为调控电磁波提供了有力工具, 合适地设计成编码、 随机、 相位不连续、 完美吸收器等超表面, 就能够控制电磁波的散射以及反射特性, 实现雷达散射截面的缩减。 本文综述了不同的电磁超表面利用漫反射或者吸收等特性实现在微波和太赫兹波段雷达散射截面缩减中的应用。 分析表明, 编码超表面由不同的数字单元组成, 其反射相位差在很宽的频段范围内满足恒定的关系, 设计特殊的单元序列使入射的电磁波产生非定向散射, 更高bit编码超表面更容易灵活调控电磁波; 随机超表面通过调节阵元的尺寸实现宽带移相从而将金属目标特征性强的反射峰打散成一个无规律、 杂乱的波, 产生漫反射; 不连续超表面由于相位不连续可使电磁波发生漫反射或者异常反射; 吸收器通过合理设计结构尺寸实现吸收电磁波能量来减小反射。 因此电磁超表面在雷达隐身、 宽带通讯、 成像等方面具有重要的应用前景。 最后对电磁超表面在雷达散射截面缩减中应用的发展趋势进行了初步探讨, 未来将向着宽带、 柔性、 大角度等方面发展。
电磁超表面 雷达散射截面 编码 随机 相位不连续 吸收器 Electromagnetic metasurface Radar cross section Coding Random Phase discontinuities Absorber Progress 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1639
