为了满足复杂的工程现场环境对相敏光时域反射仪（φ-OTDR）的各项性能指标的需求，提出基于自适应卡尔曼滤波(AKF)和频分复用(FDM)的高性能φ-OTDR，利用FDM提升系统的频响带宽，引入AKF对线性响应于外界振动的相位状态的噪声统计特性进行实时估计和修正，抑制了衰落和串扰导致的相位失真。实验结果表明，改进后φ-OTDR系统的传感线性度被有效提升，系统本底噪声降低到-83.7 dB2/Hz，应变分辨率达到了0.28 pε/Hz1/2。
分布式光纤声波传感技术 自适应卡尔曼滤波 频分复用 频响带宽 distributed fiber acoustic sensing φ-OTDR φ-OTDR adaptive Kalman filter frequency division multiplexing frequency response bandwidth
1 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心，重庆 400054
2 重庆理工大学化学化工学院，重庆 400054
为了提高光纤苯酚含量传感器的灵敏度和选择性，构建了一种新型苯酚含量表面等离子共振（SPR）光纤生物传感器。传感器主要由辣根过氧化物酶（HRP）修饰 SPR光纤和苯酚选择透过性膜构成。首先在光纤表面聚合聚多巴胺（PDA），用于吸附纳米金成膜并激发SPR效应，随后在金膜表面再次聚合聚多巴胺用于固定HRP，获得HRP修饰SPR光纤。β-环糊精掺杂PEBA2533苯酚选择性聚合物膜固定在HRP修饰光纤表面。水体中苯酚分子自由通过聚合物膜后，吸附在HRP表面，在过氧化氢（H2O2）协助下被氧化生成难溶聚合物，增大HRP膜的折射率，促进传感器共振波长发生漂移，提高其灵敏度。研究表明，传感器对苯酚含量的测量具有高选择性和高灵敏度；在传感器采样时间为300 s时，灵敏度和检测下限分别达到224.84 pm·mmol-1·L和159 nmol/L。
传感器 苯酚含量 辣根过氧化物酶 表面等离子共振效应 聚合物膜 光纤传感器 选择性 光学学报
2023, 43(12): 1228003
中铁十九局集团 矿业投资有限公司，北京 100161
露天矿台阶爆破时，爆堆表面形态与内部质点的运动轨迹是露天矿精准采矿的重要影响因素，尤其对于矿化不均匀的矿体。针对爆堆空间形态三维分布规律是露天矿爆破效果评价难点的问题，以太钢袁家村铁矿项目为背景，开展台阶爆破爆堆形态计算分析研究，提出了一种基于离散元的计算方法。该方法利用三维激光扫描技术获取台阶岩体节理产状，进而建立台阶节理分布模型，结合单孔爆破药量与起爆模式开展台阶爆破过程爆堆空间形态数值分析研究，通过对各爆破点附近的单元进行监测，从而确定各质点运动轨迹；通过数值软件模拟台阶爆破后爆堆的三维形态；最后利用爆堆实际的形态与坡面角比对验证数值计算结果的准确性。结果显示：经过数值分析计算的爆堆高度、爆堆前冲距离、爆堆破面角与无人机现场实际测量数据较为吻合；模拟的爆堆内部1、2号点前冲距离较大分别为26.1 m、14.71 m，5、6号点的前冲距离较小分别为9.18 m、9.83 m且运动较为平缓。通过对爆堆空间形态数值分析，可以为露天矿的精准采矿提供理论基础。
露天矿 爆堆形态 台阶爆破 离散元 数值分析 open-pit mine muckpile profile bench blasting discrete element method numerical analysis
1 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
2 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471000
基于全息波导的增强现实近眼显示技术可以直接为用户双眼提供虚实融合的图像信息，形态相对便携，近年来发展较为迅速。但目前报道的全息波导近眼显示多采用平板波导结构，一般需额外添加曲面护目镜，系统体积相对较大。因此提出基于柱面全息波导的增强现实近眼显示方法，实现了近眼显示从传统平板全息波导形态到曲面类型全息波导的拓展。提出柱面全息波导的全息曝光制备方法并制备柱面全息波导，搭建柱面全息波导近眼显示平台实验系统，实现了出瞳大小约10 mm，单目视场角约24°的增强现实显示效果，将为曲面波导与曲面护目镜的结合提供技术基础。
柱面波导 全息波导 全息光学元件 近眼显示 头盔显示器 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011012
1 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室、智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
2 重庆理工大学两江国际学院, 重庆 401135
为了实现对H2O2浓度选择性、准确的检测,研制了一种基于辣根过氧化物酶(HRP)的光纤倏逝波生物传感器。首先采用氢氧化钠溶液对去除部分纤芯的抗紫外石英光纤进行羟基化,接着利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行硅烷化,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再次将光纤移入对H2O2具有选择催化性的HRP溶液中进行HRP分子固定,最后将固定有HRP的光纤在室温下晾干,即可获得HRP固定化光纤生物传感器。实验研究了戊二醛、HRP的浓度和固定时间、H2O2溶液的温度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性及检测下限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对H2O2有高选择敏感性,在4~20 μmol·L -1的H2O2浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,灵敏度达到-8.164×10 -4 μmol -1·L,相对误差为7.59%,检测下限达到4 μmol·L -1。
光纤光学 过氧化氢浓度 辣根过氧化物酶 倏逝波 光纤传感器 选择性 灵敏度 光学学报
2022, 42(10): 1006001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471000
3 洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
4 中国人民解放军驻六一三所军事代表，河南 洛阳 471000
近眼显示技术中采用的全息波导元件通常为平面面型，不能很好地贴合使用者头部曲线。曲面面型的全息波导虽然能够更好地贴合头部曲线，但由于光线在曲面波导中传输过程复杂，使得设计非常困难。为建立曲面全息波导成像设计方法，分析了光在曲面全息波导中的关键传输过程，提出了适合曲面全息波导的光线追迹数学模型，建立了光线在曲面波导中传输过程的追迹算法，实现了曲面全息波导的设计。基于该算法，分别开展了球面面型和柱面面型的曲面全息波导光学系统设计，并进行了光线追迹仿真评估。根据设计结果，制备了柱面面型的曲面全息波导元件，并在光学系统中进行了成像演示。观测结果验证了该方法设计曲面全息波导的可行性。
光学设计 光路追迹 全息波导 曲面波导 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0722001
1 重庆理工大学电气与电子工程学院光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆 400054
2 重庆理工大学电气与电子工程学院智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
3 重庆理工大学两江国际学院, 重庆 401135
为消除工质成分和折射率(RI)对液位测量准确性的影响,利用低包层RI侧发光塑料光纤、反射镜、光纤固定杆和空气密封装置构建了反射式液位光纤传感器。首先,从理论及实验角度研究了光纤包层折射率对不同工质及不同折射率的同种工质液位测量的影响。然后,为了提高传感器灵敏度,研究了光纤螺旋直径和螺距对传感器灵敏度的影响。最后,研究了液位变化速率和工质温度对传感器响应特性的影响。研究结果表明,当工质RI大于光纤包层RI、液位变化速率为10~100 cm/min、工质温度变化范围为10~70 ℃时,传感器的输出与液位间具有线性关系。此外,测量结果不受工质成分、RI及工质液位变化速率的影响,传感器灵敏度可达0.0101 cm -1,最大相对误差小于6.85%。
光纤光学 塑料光纤传感器 液位 反射式 螺旋结构 准确测量 灵敏度
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
氧化铝气凝胶是一种高孔隙率、低密度、高比表面积、耐高温和低热导的纳米多孔材料, 在高温隔热领域(如航天飞行器热防护系统、工业窑炉保温材料等)具有广阔的应用前景。但是, 纯氧化铝气凝胶因耐温性(1000 ℃以上)、力学性能和高温隔热性能相对较差难以直接应用, 需要引入增强相和遮光组分制备成气凝胶复合材料以进行改善。本文对耐高温氧化铝气凝胶的制备、氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备及性能等方面的最新研究进展进行了综述。研究人员通过原位掺杂改性、沉积改性、有机链和炭涂层改性等方法提高了氧化铝气凝胶的热稳定性。在氧化铝气凝胶中引入晶须、颗粒、多孔骨架和纤维等增强相, 能够大幅提高其力学性能; 纤维和遮光剂的协同作用, 能够提高氧化铝气凝胶抑制红外辐射的能力, 显著降低高温热导率。本文还提出了后续的研究方向：对氧化铝气凝胶的密度、微观结构进行精细调控, 再引入合适的异质元素和遮光剂,以进一步提高气凝胶的热稳定性和复合材料的隔热性能;深入研究复合材料在高温下结构和性能的演化, 以及氧化铝气凝胶和增强相之间的相互作用。作为一种新型的隔热材料, 氧化铝气凝胶复合材料将在高温隔热领域发挥其优势并逐步实现广泛应用。
氧化铝气凝胶 隔热 复合材料 增强相 遮光剂 综述 alumina aerogel thermal insulation composite reinforcement opacifier review
1 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆 400054
2 重庆理工大学重庆市现代光电检测技术与仪器重点实验室, 重庆 400054
3 重庆理工大学两江国际学院, 重庆 401135
为了实现高温高湿环境下氢气浓度稳定准确的检测,提出了一种新的光纤布拉格光栅(FBG)氢气传感器制作方法。首先,在FBG表面自聚合组装聚多巴胺涂层,并将组装成的涂层用于吸附氯化钯溶液中的钯离子、形成钯核,以增强钯核在光纤表面的黏附强度。其次,利用还原剂为钯离子提供还原位点,将钯核生长为致密的钯膜。再次,在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水薄膜,以增强光纤在高湿环境下运行的稳定性。最后,引入温度补偿单元,消除温度对氢浓度测量产生的影响。实验研究了聚多巴胺厚度、还原剂种类、钯膜厚度和温湿度对传感器氢敏响应特性的影响。研究发现,在温度为30~70 ℃、相对湿度为20%~90%的范围内,传感器能稳定准确地响应氢气浓度的变化,灵敏度达10.80 pm/%、相对误差小于7.2%。
光纤光学 光纤Bragg光栅 氢气浓度 温度 聚多巴胺 钯膜 超疏水涂层
Author Affiliations
Abstract
1 School of Automation, Guangdong University of Technology, Mega Education Center South, Guangzhou 510006, China
2 Guangxi Key Laboratory of Multimedia Communications and Network Technology, School of Computer, Electronics and Information, Guangxi University, Nanning 530004, China
We develop a source and mask co-optimization framework incorporating the minimization of edge placement error (EPE) and process variability band (PV Band) into the cost function to compensate simultaneously for the image distortion and the increasingly pronounced lithographic process conditions. Explicit differentiable functions of the EPE and the PV Band are presented, and adaptive gradient methods are applied to break symmetry to escape suboptimal local minima. Dependence on the initial mask conditions is also investigated. Simulation results demonstrate the efficacy of the proposed source and mask optimization approach in pattern fidelity improvement, process robustness enhancement, and almost unaffected performance with random initial masks.
110.5220 Photolithography 100.0100 Image processing 110.1758 Computational imaging Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121102
