1 齐鲁工业大学（山东省科学院），激光研究所，山东 济南 250103
2 山东微感光电子有限公司，山东 济南 250103
3 广东感芯激光科技有限公司，广东 佛山 528226
我国煤矿工作条件复杂，存在瓦斯爆炸、火灾、设备故障、次生火灾等安全隐患。光纤/激光传感器以其无源、本质安全的特性，以及高精度、低漂移等性能，在煤矿安全领域具有传统电子类传感器无法比拟的优势。本文介绍了激光甲烷、一氧化碳等气体传感器，光纤光栅风速传感器和光纤分布式温度传感器的研究进展，及其在智能矿山建设中的煤矿瓦斯监控、智能防火和安全监测预警等典型应用。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306016
1 电子科技大学国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心, 四川 成都 610054
2 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
提出了一种基于Au/Ce∶YIG/TiN结构的磁光表面等离激元共振器件(MOSPR)。通过构建Au周期纳米盘、Ce∶YIG薄膜和TiN薄膜三层结构,实现Au纳米盘局域表面等离激元共振(LSPR)和TiN/Ce∶YIG界面传播型表面等离激元共振耦合,显著降低了LSPR的散射损耗,并实现了磁光效应的显著增强。MOSPR的横向磁光克尔效应(TMOKE)信号的绝对值达0.21。应用这一器件制备传感器,借助磁光氧化物的强磁光效应,可以显著提高LSPR传感器的品质因数(FoM)。基于TMOKE谱进行传感,器件的FoM可达2192.4586 RIU -1。该研究为高灵敏度、高FoM LSPR器件的制备提供了一种新思路。
表面光学 磁光表面等离激元 局域表面等离激元共振 横向磁光克尔效应 折射率传感器 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202411
1 湖州市气象局, 浙江 湖州 313000
2 宁波市气象局, 浙江 宁波 315012
利用大气颗粒物激光雷达观测数据、地面监测站数据和铁塔上搭载的超声波风速仪测量得到的风场数据(简称“铁塔风场数据”),对2018年1月16日至1月18日浙江北部地区的一次污染过程及特征进行了分析。本次污染过程主要受区域污染物传输影响。激光雷达观测结果表明:受西北风影响,16日12时开始,西北方向城市的污染物开始向宁波传输,颗粒物浓度迅速升高,17日18时之后风向转为较弱南风,污染开始消散;532 nm通道的距离平方校正信号与近地面污染物浓度的变化趋势一致;退偏振比、波长指数的结果显示,0.5~1 km高度处的污染物与近地面污染物为两种不同的类型。HYSPLIT后向轨迹模式结果表明,该污染气团来自宁波的西北方向城市,且气团输送速度较快,HYSPLIT模式结果与铁塔风场数据分析结果一致。可见激光雷达的探测结果能够有效地表征颗粒物浓度的空间分布以及演变,并为大气污染的监测和预警提供理论依据。
大气光学 激光雷达 后向散射系数 气溶胶 污染传输 激光与光电子学进展
2019, 56(13): 130101
1 北京交通大学光信息科学与技术研究所，北京 100044
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100088
太赫兹( THz)量子级联激光器( QCL)是理想的固态 THz源，其出射光束的远场特性是 THz QCL研究中重要的一部分。实验上， THz QCL的远场光斑常呈多瓣或环形结构，用一般的衍射理论难以解释，为此把激光器看成辐射天线，利用电磁场理论，推导了单面金属波导 THz QCL辐射远场场分布和光强分布基本公式。对具有典型参数的 THz QCL的远场分布进行了计算。数值结果表明: 辐射远场光强分布是不对称的环形结构，且随着激光器的腔长变长，环逐渐变密。可见， THz QCL的天线模型给出了与实验观察一致的结果，说明天线模型更适合于 THz QCL远场光束的分析。
太赫兹 量子级联激光器 天线模型 辐射场 远场分布 terahertz Quantum Cascade Laser antenna model radiation field far -field distribution 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(1): 13
江西科技师范大学 江西省材料表面工程重点实验室, 南昌 330013
基于激光等离子体尾波解析模型, 分析了毛细管中激光与等离子体相互作用, 数值计算了尾波中基本物理量。计算结果表明: 毛细管等离子体尾波幅度与毛细管半径有关, 在较小的毛细管中尾波幅度更大。在相同的激光与等离子体参数情况下, 与无界等离子体尾波相比较, 毛细管等离子体尾波中电子空泡纵向尺度、电场强度峰值、角向自生磁场强度峰值提高了60%, 这些特征都表明毛细管等离子体尾波更有利于电子加速。
激光等离子体尾波 毛细管 静电场 角向磁场 laser-driven plasma wake capillary electrostatic field azimuthal magnetic field 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032038
通过分步傅里叶算法对光纤传输模型——非线性薛定谔方程进行求解，研究光纤的色散和非线性对新型闭环双向三激光器混沌保密通信系统的影响。分析了在色散、非线性以及色散和非线性共同作用下，光纤传输距离对混沌信号和解调信息质量的影响。结果表明：随着传输距离增加，色散导致混沌信号展宽，展宽比率也随之增大；混沌信号同步性逐渐变差，导致解调信息质量变差。非线性不影响混沌信号的时域波形，但非线性与色散的共同作用，导致混沌信号迅速变化，混沌信号同步性迅速变差，使解调信息质量急剧恶化。
激光器 色散 非线性 分步傅里叶算法 混沌保密通信 激光与光电子学进展
2014, 51(1): 011403
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室， 山东 济南 250014
2 山东大学信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
温度影响可调谐半导体激光器吸收光谱（TDLAS）式气体监测的准确性，研究了一种甲烷、温度同时检测的系统，两种参数互相校正，提高了气体监测的准确性，同时也提高了温度的检测精度。系统采用1653.7 nm中心波长的分布反馈（DFB）半导体激光器，采用锯齿波调制激光器使其波长扫描，同时扫描出光纤布拉格光栅（FBG）波长以及气体吸收强度，从而可以测出温度和甲烷两个检测量。温度检测可以校正由于温度变化引起的气体检测误差，同时，气体吸收线位置又可以为FBG进行准确的波长定位，使得温度检测精度更高。这种温度、甲烷双参数检测系统更加稳定可靠，更适合应用于煤矿开采和瓦斯抽采等领域。
光纤传感器 瓦斯检测 温度监测 双参数检测 光纤光栅
1 山东省光纤传感技术重点实验室, 山东省科学院激光研究所, 山东 济南250014
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南250100
研究了一种基于光谱吸收的光纤甲烷远程实时在线监测系统, 分析了该系统在瓦斯抽采中的应用。 该系统以1665nm波长半导体激光器作为光源, 以单片机 C8051F410为核心处理器, 采用锯齿波信号实现了气体激光吸收光谱的波长调制, 结合A/D转换电路、 通讯电路和显示电路,可进行声光报警、 LCD液晶显示等。 利用内置参考池对激光波长漂移进行自适应调整, 可以实现甲烷吸收线的锁定。 该系统已在国内外建立多个示范工程, 试验表明, 该系统具有很好的稳定性, 在0%～100%量程实现了分布式多点甲烷气体浓度的实时在线监测和显示, 监测的灵敏度可达ppm量级, 在煤矿瓦斯抽采领域具有广泛的应用前景.
光谱吸收 瓦斯抽采 光纤传感器 甲烷监测 单片机 Spectral absorption Methane extraction Fiber sensor Methane monitor Single-chip computer 光谱学与光谱分析
2010, 30(10): 2857
山东省科学院激光研究所,山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性, 获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱, 从而对待测气体进行定性或定量分析。油中溶解气体分析是评估变压器绝缘状态和分析变压器绝缘故障的重要依据, 针对监测故障气体CO2和C2H2的需要, 将TDLAS技术与多次反射怀特池技术、谐波检测技术以及光开关的时分复用技术相结合, 设计了一套同时在线监测CO2和C2H2气体浓度的系统。该系统具有精度高、选择性强、响应速度快和本质防爆等优点, 适用于电力变压器故障气体的在线检测。
光谱学 吸收光谱技术 谐波检测 变压器 故障气体
