1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子学院，南京 210023
2 江苏省特种光纤材料与器件制备及应用工程研究中心，南京 210023
锂电池内部的应力和温度变化难以监测是影响电池安全运行的最大隐患，提出采用光纤布拉格光栅传感技术，在锂电池内部植入光栅对电池阳极的温度和应力变化信息进行实时采集，实现了对锂离子电池阳极的原位监测，建立了电信号与光学传感信号之间的联系。实验结果表明，锂电池工作循环中，锂离子的脱嵌和嵌入会引起温度变化，对应传感器波长偏移达100 pm，温度上升11.1 ℃；在排除温度因素的影响后，循环电流的跳变会引起阳极收缩，产生的应力使波长漂移达21.96 pm，约为18.3 με。此外，研究了不同充放电速率对电池的影响，10 mA电流比2.5 mA电流时温度提高了2.8倍，应力提高了4.4倍。所植入光栅监测系统既可以高精度地测量电化学反应引起的温度、应力变化，同时解调速度快，有利于实时、准确监测锂电池的热失控及形变鼓包故障，研究结果有望为锂电池的安全使用提供有效的实验依据。
锂电池 光纤布拉格光栅 温度 应力 原位监测 Lithium battery Fiber Bragg grating Temperature Stress In-situ monitoring 
1 南京邮电大学电子与光学工程、 微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司, 陕西 西安 710054
光纤布拉格光栅(FBG)是一种广泛应用于光纤通信和传感领域的关键器件, 具有灵敏度高、 体积小及抗电磁干扰等诸多优点, 但长时间工作在高温环境下其光栅特性会逐渐衰退甚至完全擦除, 极大地限制了FBG在工业生产、 石油电力、 航空航天等一些特殊领域的应用。 通过高温退火处理有望使FBG在高温擦除后重新生长出能在高温环境下稳定工作的热重生FBG(RFBG)。 因此, 研究高温退火程式对RFBG性能的影响具有重要意义。 基于248 nm准分子激光器, 以相位掩模法制作得到反射光谱中心波长为1 548.5 nm、 反射率为97.8%、 3 dB带宽为0.36 nm的初始FBG, 再利用高温管式炉对初始FBG进行高温退火处理, 发现FBG在950 ℃时实现热重生, 得到反射光谱中心波长为1 546.7 nm、 反射率为50.6%、 3 dB带宽为0.19 nm的RFBG; 进一步研究发现, 在950 ℃实现高温热重生后退火程式对RFBG性能有很大影响, 对RFBG采用急速冷却、 缓慢冷却和自然冷却以及氩气气氛下自然冷却4种方式进行退火处理并与初始光栅进行对比, 结果发现采用急速冷却方式处理的RFBG机械性能最佳, 其保留了初始光栅约 50%的机械强度, 优于缓慢冷却、 自然冷却处理仅分别保留初始光栅22.2%和29.9%机械强度的RFBG, 并发现在氩气中进行退火处理有利于RFBG机械强度的提升, 同样是自然冷却, 在氩气气氛中退火得到的RFBG保留了初始光栅43%的机械强度。 进一步对采用急速冷却方式处理的RFBG进行热循环、 热稳定性等测试。 结果表明, RFBG在150~1 050 ℃内三次加热循环结果完全重叠, 温度灵敏度为16.30 pm·℃-1, 温度灵敏度相关系数R2为0.995 38, 且在800 ℃温度下进行热稳定性测试7 h, 波长总漂移量仅为0.08 nm, 表明所制备的RFBG具备良好的测温性能和稳定性。 该研究工作为RFBG高温传感器的实用化和工程化应用提供了一定的理论与实验依据。
光纤布拉格光栅 高温退火 热重生光纤光栅 热稳定性 Fiber Bragg grating High-temperature annealing Regenerated fiber Bragg grating Thermal stability 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1934
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210023
提出了一种面向2.0 μm的新型异质螺旋包层结构的大模场单模光纤，基于坐标变换理论，采用有限元仿真技术，建立了三维螺旋光纤的二维仿真模型，分析了光纤的模式传输特性，得到了优化的光纤参数，使得基模传输损耗小于0.1 dB/m，高阶模传输损耗大于10.0 dB/m，单模芯径达66 μm，模场面积约为2360 μm2。当光纤弯曲时，螺旋狭缝宽度值减小到9 μm附近。螺距增加到26 mm、光纤弯曲半径最小为33 cm时，基模传输损耗为0.10 dB/m，高阶模传输损耗大于10.08 dB/m。所提出的螺旋结构大模场光纤的螺距较长，属于全固态结构，参数之间可相互协调，有利于光纤的制备和使用，模式分辨本领达到大模场单模光纤相关要求，有望在高功率光纤激光器中获得良好的应用。
光纤光学 大模场光纤 模式传输特性 弯曲损耗特性 光学学报
2022, 42(20): 2006005
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，南京 210023
将银纳米线与不同浓度的羟丙基甲基纤维素以一步混合的方法制备导电银浆，旋涂并热压制备具有嵌入式结构的复合透明电极。分别改变银纳米线和羟丙基甲基纤维素的混合比例，研究其比例对电极光电性能、粗糙度和稳定性的影响。结果表明，一步法得到的导电银浆可以有效制备嵌入式结构透明电极，显著改善银纳米线电极的平整性和稳定性。电极中羟丙基甲基纤维素的增加对电极的光电性能影响较小，但是极大降低了电极的粗糙度。最优化电极的平均表面均方根粗糙度仅为4.6 nm。羟丙基甲基纤维素对银纳米线的保护使透明电极在强氧化环境和胶带测试下均可保持良好的稳定性。
银纳米线 羟丙基甲基纤维素 透明导电薄膜 低粗糙度 高稳定性 Silver nanowires HPMC Transparent conductive film Low roughness High stability
1 南京邮电大学 电子与光学工程、微电子学院, 南京 210046
2 江苏亨通光电股份有限公司, 江苏 苏州 215234
通过高温（850~950℃）退火方法使光纤布拉格光栅在高温擦除后重新生长形成热重生光纤光栅，其能够在大于1 000℃以上的高温环境中稳定工作，但经高温退火处理后的热重生光纤光栅机械强度较一般光纤布拉格光栅显著下降.本文通过采用单模石英光纤进行实验，对光纤光栅的轴向应力和光纤光栅中石英分子组分的变化进行研究分析.结果表明，经过高温热退火后的热重生光纤光栅与未退火的光纤布拉格光栅相比，纤芯处压应力减少了80 MPa，远离纤芯的包层处拉伸应力由22 MPa逐渐减小；同时，随着热退火气氛中氧含量的增加，退火后生成的热重生光纤光栅SiO2逐渐增加，占比从52.99%上升至69.92%.虽然SiO2具有较高的密度，其机械强度大于Si2O3，但热退火后的热重生光纤光栅脆性仍增大，故推论：组分变化对热重生光纤光栅脆性增大无明显影响，脆性增大主要原因为高温导致的应力松弛.本文研究为提高热重生光纤光栅的机械性能，解决其脆性问题提供了可靠的理论与实验依据.
光纤传感 光纤布拉格光栅 退火 热重生光纤光栅 应力 组分 Optical fiber sensing Fiber Bragg grating Annealing Regenerated fiber Bragg grating Stress Components
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
针对双芯光纤传感器在应用中存在的环境温度交叉敏感的问题, 文章提出并设计了一种长周期双芯光纤光栅温度-弯曲双参量传感器, 对其传感特性进行了数值分析与研究。结果显示, 在20~60 cm曲率半径范围和0~100 ℃温度范围内, 波长向长波方向漂移, 实现的最大弯曲灵敏度为0.205 nm/cm, 最大温度灵敏度为1.208 nm/℃。当波长分辨率为0.1 nm时, 长周期双芯光纤光栅可以分别实现0.2 cm的弯曲传感分辨率和0.079 ℃的温度传感分辨率。所设计的双参量传感器结构简单、灵敏度高, 可用于轨道和桥梁等建筑的形状监测, 同时可有效排除环境温度干扰。
双芯光纤 长周期光纤光栅 弯曲传感 双参量传感 TCF LPG bending sensing double-parameter sensor
1 南京邮电大学电子与光学工程学院, 微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
采用熔融淬火方法制备了一系列Sn2+, Dy3+单掺及Sn2+-Dy3+共掺氟磷酸盐玻璃荧光体。 利用紫外-可见分光光度计分别对各玻璃荧光体的透过光谱、 激发光谱、 发射光谱及荧光寿命等进行了测试和分析。 结果发现在紫外光激发下, 对于Sn2+、 Dy3+单掺氟磷酸盐玻璃可分别获得高效的蓝光与黄光发射, 且Sn2+单掺氟磷酸盐玻璃荧光体发光显色指数和量子效率最高; 对于Sn2+-Dy3+共掺氟磷酸盐玻璃荧光体可实现高效的白光发射, 且发现在Sn2+和Dy3+之间存在明显的能量传递, 通过调节Dy3+掺杂浓度, 两离子之间的能量转移效率亦随之改变, 从而可对其白光色度进行调节。 当Dy3+掺杂浓度为3 Wt%时, 利用280 nm商用LED芯片激发可获得对应色坐标为（0.311, 0.330）, 量子效率为56.3%, 亮度为6 706 cd·m-2的近纯白光发射。 此外, 对各类玻璃样品的DSC、 导热及其他光学性能也进行了测试与计算, 获得了各样品的热导率、 量子效率、 色坐标、 显色指数等参数。 研究结果表明, 制备的高效氟磷酸盐玻璃完全有望作为可调谐白光发光荧光体应用于商用LED。
氟磷酸盐玻璃 白光发射 离子掺杂 能量传递 Fluorophosphate glass White light emitting phosphor Ions doping Energy transfer
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，南京 210023
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
布拉格(Bragg)光纤是一种由空气孔芯和高低折射率介质层交替周期性排列的包层两部分构成的一维光子晶体光纤。文章以碲酸盐玻璃为基质，设计了一种高折射率实芯Bragg光纤，并采用传输矩阵法和Bloch理论数值研究了其传输特性，获得了实芯Bragg光纤的结构参数与其模场分布、色散特性等传输特性之间的关系。仿真实验结果表明，当Bragg光纤的填充率d/Λ为0.15、半径R为5 μm、折射率差Δn为0.02、周期Λ为1.2 μm和包层为3个周期时，Bragg光纤在1 064 nm零色散波长附近具有最平坦的色散特性，同时还具有非常低的传输损耗，损耗值为0.775 dB/m。
高折射率实芯 Bragg光纤 传输矩阵 传输特性 色散平坦 HIC Bragg fiber transfer matrix transmission characteristics flat chromatic dispersion
