Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and Sport and Health Initiative, Optical Valley Laboratory, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Key Laboratory on Luminescence and Optical Information Technology of Ministry of Education, National Physical Experiment Teaching Demonstration Center, Department of Physics, School of Physical Science and Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
3 State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
4 School of Optics and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
5 State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
In this Letter, we presented a flexible omnidirectional reflective film made of polymer substrates and multiple alternating layers of two chalcogenide glasses for full-angle laser protection. The structure parameters of the device were simulated for theoretical prediction of best device structure. The reflector was fabricated by alternate thermal evaporation of two chalcogenide glasses with large refractive index contrast. The reflectivity was greater than 78% at 10.6 µm. The flexible reflective film can provide an effective solution for full-angle laser protection of the moving targets, such as laser operators and mobile optical components, with potential applications for wearable laser protective clothing.
omnidirectional reflective film flexible reflector CO2 laser protection chalcogenide glass Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 022201
1 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
2 北京交通大学 理学院, 北京 100044
针对相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤扰动传感系统对扰动事件进行有效判别和识别的问题, 提出一种基于支持向量机(SVM)的扰动判别和扰动模式识别的方法。通过提取信号时域和频域的平均值、方差、均方差以及信号功率特征, 利用二叉树结构建立基于SVM算法的分类器, 对扰动进行判别并对扰动模式进行识别。根据传感信号的特征, 通过分类器I在对有无扰动信号进行判别的基础上, 进一步对有扰动信号利用分类器对扰动事件的模式进行识别。通过实验对所提出的方法进行验证, 对600组实验数据进行扰动判别和模式识别, 正确的扰动判别率在96%以上, 漏报率和误报率在4%以下; 正确的模式识别率均在94%以上。
分布式光纤扰动传感系统 SVM算法 扰动判别 模式识别 distributed fiber disturbance sensing system φ-OTDR φ-OTDR SVM algorithm disturbance discrimination pattern recognition 红外与激光工程
2017, 46(4): 0422003
1 北京交通大学 理学院 物理系 教育部发光与光信息技术重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
3 北京市计量检测科学研究院, 北京 100029
针对φ-OTDR光纤分布式扰动传感器偏振衰落导致漏报的问题, 提出了一种基于空间域差分的定位方法。在不增加光路器件的情况下, 在空间域对探测光强进行差分处理, 与现有时域定位方法相结合, 通过在时域和空间域分别设置报警阈值, 可以有效抑制偏振衰落导致的漏报。对提出的定位方法进行了实验验证, 在空间分辨率为50 m、光纤长度为25.05 km的条件下进行多次实验测试, 与现有单一时域定位方法相比, 漏报率从18.5%降低到2%, 报警准确率从76%提高至89%。该研究工作可以为优化和提高φ-OTDR光纤分布式扰动传感器在实际应用中的技术性能提供理论指导和技术参考。
光纤分布式扰动传感器 空间域差分 漏报率 阈值 φ-OTDR φ-OTDR fiber-optic distributed disturbance sensor space-domain difference missing alarm rate threshold 红外与激光工程
2016, 45(6): 0622005
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044
2 北京交通大学 理学院，北京 100044
阈值的准确设定是有效降低φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统误报和漏报率的关键。针对该问题，提出了一种基于选择性平均的φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值算法，采用相关差值预挑选的方式确定信号模板，进行阈值模板匹配。理论和实验研究表明：提出的选择性平均阈值算法，能够更有效设定阈值，提高信噪比，降低φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的误报和漏报率，与直接平均和移动平均阈值算法相比，所提出的选择性平均阈值算法将误报率分别降低了5%和3%，漏报率均降低了2%；信噪比分别提升了2.55 dB、1.1 dB。所提出的算法有助于提高φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统在实际应用中可靠性。
选择性平均算法 分布式光纤扰动传感系统 阈值 模板匹配 selective average algorithm φ-OTDR φ-OTDR fiber distributed disturbance sensing system threshold template matching 红外与激光工程
2016, 45(3): 0322003
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044
2 北京交通大学 理学院 教育部发光与光信息技术重点实验室，北京 100044
针对目前φ-OTDR光纤分布式振动传感器由于散射光波光强不稳定造成误报率较高的问题，文中提出一种φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪相结合的光纤分布式振动传感新系统，φ-OTDR和Mach-Zehnder干涉仪分别对外界振动进行探测，从而降低单一φ-OTDR探测的误报率。实验研究了φ-OTDR和提出的新的复合结构系统对外界振动探测的误报率，实验结果表明：在复杂环境下，与现有φ-OTDR方案相比，提出的基于φ-OTDR和M-Z干涉仪复合结构的方案可以有效降低系统的误报率，使系统的误报率由单一φ-OTDR的25%降至2%。
光纤分布式振动传感器 Mach-Zehnder干涉仪 误报率 fiber-optic distributed disturbance sensor φ-OTDR φ-OTDR Mach-Zehnder interferometer false alarm rate
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
在未来的通信领域中，全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法，但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了，就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性，而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面，而没有与实际情况相结合，所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门，建立了它的数学模型，采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光，并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性，对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明，所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。
全光逻辑门 高非线性光纤 可级联性 all-optical logic gate HLNF cascade
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015
3 中国航天科技集团公司上海航天控制技术研究所，上海 200233
4 北京交通大学理学院物理系发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044
提出并研究了基于Michelson干涉仪的应用于检测时变扰动的光纤分布式传感器。所提出的光纤传感器由两个Michelson干涉仪和一个光纤延迟环组成。扰动作用在传感光纤上，引起传输光波相位的调制作用，可以通过该传感器进行检测并得到扰动的位置信息。通过光电探测器对干涉信号进行接收。对接收到的信号进行隔直，并通过求取峰峰值的方法对隔直后的信号进行预处理。通过希尔伯特变换、相位去包裹和三角函数运算可以提取出预处理信号中包含的相位信息。最后，通过频谱分析和相应的数学运算可以实现扰动的定位。在20 km的监测距离内通过实验验证了传感器的可行性。所提出的光纤传感器具有实时性好、抗偏振性、低成本的独特优势。
光纤分布式扰动传感器 干涉型传感器 Michelson干涉仪 fiber-optic distributed disturbance sensor interferometric sensors Michelson interferometer
1 北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044
2 北京交通大学理学院, 北京 100044
针对目前相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤扰动传感系统难以对扰动事件进行有效判别的问题，提出一种基于多特征参量的扰动模式识别方法。作为识别依据的多特征参量包括平方差、短时过电平率、短时傅里叶变换以及扰动持续时间，对以上特征参量利用加权平均型综合评判函数进行模式识别，可以有效识别出应力破坏(敲击)、攀爬、浇水(模拟下雨环境)以及轻度碾压(模拟非破坏性人为扰动)四种扰动模式。对60组共240个实验样本进行识别，对以上四种扰动事件的识别率分别达到91.2%，88.3%，90%和86.7%。该方法克服了现有单一特征参量识别模式受限的问题，提高了扰动事件识别的准确性。
传感器 分布式光纤扰动传感系统 多特征参量 模式识别 中国激光
2015, 42(11): 1105005
1 中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室, 天津 300300
2 中国民航大学理学院, 天津 300300
3 北京交通大学光信息科学与技术研究所教育部发光与光信息技术重点实验室, 北京 100044
针对光纤周界预警系统输出信号的非平稳特性，提出了一种基于总体平均经验模态分解(EEMD)的模式识别方法。预警系统基于Mach-Zehnder 干涉原理，利用4 条单模光纤构成分布式扰动传感器，实时监测周界入侵事件。该方法引用具有自适应性的EEMD 算法将振动信号分解成多个本征模态函数(IMF)。根据不同振动信号能量各异的特点，提出EEMD 能量熵的方法排除非入侵的干扰。最后建立双重支持向量机对入侵信号进行识别。实验结果表明：该方法可以有效排除非人为入侵的干扰，准确识别攀爬、敲击和其他虚警信号，平均正确识别率优于92%，提高了系统的报警识别率，降低了误报率。
光纤光学 Mach-Zehnder干涉 总体平均经验模态分解 能量熵 模式识别 光学学报
2015, 35(10): 1006002
1 北京交通大学光信息科学与技术研究所教育部发光与光信息技术重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044
基于Opti-System软件, 对相位波带片型时间透镜进行了深入研究。明确了中心波长对相位波带片型时间透镜焦距色散补偿量的影响机理, 建立了中心波长、色散补偿量与输出光脉冲消光比及脉冲宽度间的关系。研究结果表明, 相位波带片型时间透镜的焦距色散补偿量, 在1 310~1 550 nm波长范围与光信号中心波长呈近似线性关系。通过线性拟合, 得出焦距色散补偿量与中心波长的线性关系公式。对于不同波长的输入光波, 可通过公式确定最佳焦距色散补偿量, 实现最窄脉宽和最优消光比的光脉冲输出。研究结果可为优化相位波带片型时间透镜设计提供理论指导, 进而拓宽相位波带片型时间透镜的应用范围。
时间透镜 相位波带片型时间透镜 时空二元性 色散补偿 焦距 消光比 time lens temporal phase zone plate lens space-time duality dispersion compensation focal length extinction ratio (ER)
