本文提出了一种全玻璃材料的光纤耦合器以实现高精度, 高稳定的干涉测量。首先, 介绍了干涉测量系统的工作原理以及光纤耦合器的系统设计, 然后通过理论分析选取了非球面透镜, 并根据具体的透镜参数进行了数值分析以及软件分析。接着进行了光束参数匹配度以及光束矢量匹配度的容差分析以及结构的热分析。最后结合理论分析以及精密的装调手段完成了光纤耦合器的制作。实验结果表明: 光斑尺寸相对于仿真结果的误差约为34%, 两光斑尺寸差异为09%, 偏心距离低于40 μm, 夹角约为60 μrad, 基本满足干涉测量系统的使用要求。

基于拉曼散射和光时域反射技术的结合,利用分布式光纤对自来水管道进行泄漏检测和定位模拟实验,分别在自来水管无泄漏和有微小泄漏的情况下,通过分布式光纤传感器获取温度检测信号。实验时,利用绝对距离法对温度检测信号进行聚类分析,识别聚乙烯(PE)自来水管有无泄漏发生,再对无泄漏信号利用选择性平均阈值法确定阈值信号,并通过检测信号和阈值信号的差值信号识别PE自来水管泄漏点位置。结果表明,该系统运行稳定,且能够准确识别自来水管泄漏情况,使用选择性平均阈值法能够准确定位泄漏点。

空间干涉测量系统是空间引力波探测的重要组成部分。本文介绍了一种全玻璃材料的差频激光干涉仪的组成结构和工作原理, 对差频干涉仪中双相干光束的匹配对准难题, 介绍了一种适用于光黏装配工艺的角度公差和位置公差保证方法。这种方法采用了监测系统和微量调整机构相结合的方式, 首先,监控系统可以实现光线相对位置的实时测量, 给出被调整光线的调整方向和调整量; 然后, 微量调整机构可以在平面移动和轴向转动3个自由度上, 对目标器件实现微米量级的微量调整; 监控过程和调整过程反复迭代, 可实现对光学元器件的高精度位置控制和角度控制。实验结果表明, 在调整方向上角度公差优于80 μrad, 位置公差优于85 μm。本方案基本满足差频激光干涉仪的装配精度需求, 为后续更高精度的装配奠定基础。

针对空间引力波望远镜皮米量级的极高光程稳定性需求, 对系统中主镜组件进行了优化设计。采用微晶玻璃(Zerodur)作为反射镜材料, 支撑结构材料为铟钢(4J36)。首先, 通过对反射镜参数的优化, 使其在保证面形精度的同时镜体轻量化率达到了72%。然后, 设计了一种双轴联杆型Bipod柔性反射镜支撑结构, 并采用了侧面三点支撑的形式。以保证有效的支撑刚度及卸载效果为目的, 建立了柔性铰链的数学模型, 并基于Matlab对其尺寸参数进行了优化。最后, 对优化设计后主镜组件进行了模态分析及振动试验, 并完成了在轨分析与波前质量计算。结果显示, 主镜组件的一阶固有频率为373 Hz, 与试验结果的相对误差为3.5％; 在轨环境下主镜面形精度达到8.9 nm(RMS); 波前精度为?姿/5(?姿=1 064 nm)。表明该反射镜组件满足设计指标要求。

基于Mach-Zehnder/Sagnac混合干涉仪原理, 利用分布式光纤对城市燃气管道进行泄漏监测模拟实验研究。对测量光纤长4 km和6 km时的干涉信号利用小波包能量谱提取法和绝对距离法相结合的方法诊断管道泄漏与否, 再结合频谱图进行泄漏定位, 最后对系统的虚警率(false alarm rate, FAR)进行了分析。结果表明, 与传统直接通过频谱图识别零点频率的方法相比, 虚警率降低了8.475%, 能够更准确地识别燃气管道泄漏与否, 从而提高系统监测及定位的可靠性。

设计了一种新型高负色散光子晶体光纤,其纤芯由三根空气柱形成,三种 孔径大小不同的空气柱以六角点阵方式排列。基于全矢量有限元法,结合各向异 性完美匹配层边值条件对光子晶体光纤的色散、模场、非线性、约束损耗和双折射 等特性进行了数值计算。结果表明光纤结构参数Λ、d、d1、d2分别为1.15、0.88、0.83、1.14μm时, 该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散,在波长1.55μm处负色散值、双折射、约束损耗、 非线性系数分别为-11660 ps·km-1·nm-1、2.03×10-3、10-3 dB·km-1、 7.33 km-1·W-1。可见该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散、低损耗、高双折射、低非线性, 具有很好的色散补偿能力,有望在光通信系统中获得应用。

基于800 nm飞秒激光脉冲对标准单模光纤采用非载氢技术刻写长周期光纤光栅的机理进行了研究.搭建了水平、垂直双CCD视频监控的飞秒激光脉冲逐点刻蚀长周期光纤光栅系统, 研究了光栅长度、激光脉冲能量和光栅占空比等参数对光栅光谱特性的影响.研究结果表明, 当光栅周期长度不变, 光栅周期数和激光脉冲能量的变化使光栅谐振峰强度发生变化, 光栅透射谱是单峰的; 光栅占空比的改变导致光栅谐振峰由单峰转变为多峰.在谐振波长1 540 nm处, 得带谐振峰强度达到15 dB、带外损耗不足2 dB, 在3 dB衰减处带宽为15 nm的谐振透射谱.

柑橘溃疡病对柑橘产业造成了巨大损失, 而研究柑橘与溃疡病菌的互作关系以及柑橘的感病和抗病性均需要观察溃疡病菌在柑橘寄主中的侵染和定殖过程。激光共聚焦扫描显微镜不仅可以观察活细胞, 活组织的动态代谢过程, 而且可以获得三维图像, 对于病原菌在柑橘植物组织内的繁殖和致病机制研究具有重要意义。但是, 选择适宜的植物材料和制片方法对激光共聚焦扫描显微镜的观察效果影响很大。本文对激光共聚焦扫描显微镜所观察的材料在其处理和观察方法上加以改进, 获得了质量更好的图片和实验结果, 也使得实验更为方便快捷。激光共聚焦扫描显微观察还在瞬时表达分析中得到应用, 提高了柑橘瞬时表达分析的效果。通过将切片和压片相结合观察到溃疡病菌在不同时间点对柑橘叶片的侵染情况, 而通过3D建模能观察到柑橘叶片不同组织层面中的病菌数量和病菌位置, 为研究溃疡病菌在叶片中的定殖方式和入侵数量提供了前期基础。