1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
为了提高布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统的测量信噪比(SNR),提出了一种基于局部均值分解的降噪算法。首先,自适应地将BOTDA传感系统采集的信号分解为具有真实物理意义的乘积函数(PF)分量。然后,通过计算信号能量在空间各尺度上的分布情况,重构含有信号能量的PF分量,得到降噪后的信号。为了进一步提高算法的降噪性能,引入切比雪夫数字带通滤波器,将分解的PF分量在频域内进行滤波并重构。实验结果表明,相比原始信号,用本算法降噪后的信号SNR至少提升了10 dB,为传感系统提供了一种简单有效的降噪方案。
光学学报
2021, 41(13): 1306009
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
基于布里渊光时域分析（BOTDA）的分布式光纤传感系统可以实现温度、应变等参量的测量，同时具有超长传感距离、高空间分辨率和高精度等优势，已广泛应用于基础设施、航天工程等领域中的结构健康监测。然而，BOTDA传感系统存在温度和应变交叉敏感问题，导致温度和应变的变化在测量过程中难以区分，严重制约了系统传感监测能力。针对该问题，分别介绍了基于参考光纤、光栅辅助、多参数辅助、特种光纤、双波长传感、拉曼/瑞利散射辅助以及神经网络共7种方法，并对其进行分析比较，旨在为光纤传感领域中解决交叉敏感的研究与应用提供参考。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306021
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
针对混沌半导体激光器输出波长和功率的稳定性问题，设计了一套面向混沌半导体激光器的高稳定控制系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的高稳定高精度恒流控制；采用模糊自适应比例-积分-微分算法以及H桥驱动电路设计的温度控制器实现了对激光器温度的稳定控制。结果表明，所设计的双通道电流源输出电流范围分别为0.00~40.00 mA和0.00~100.00 mA，在室温25.0 ℃环境下稳定度分别优于0.002%和0.004%，调节精度均可达0.01 mA；驱动电流为20.00 mA时，混沌半导体激光器连续工作120 min的输出光功率漂移量分别仅为0.0066 dBm和0.0072 dBm；温度控制电路的温度控制范围为18.0~40.0 ℃，激光器在25.0 ℃下工作120 min的中心波长漂移量仅为0.007 nm。该控制系统在环境温度为10.0~40.0 ℃范围内可稳定工作。
激光器 半导体激光器 混沌半导体激光器 恒流源 温度控制系统 高精度 高稳定 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714008
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
基于受激布里渊散射（SBS）效应的布里渊动态光栅（BDG）自提出以来，一直受到人们的广泛关注。相比于光纤布拉格光栅（FBG），BDG具有快速重构、读写分离、参数可控等优点，已在保偏光纤、单模光纤、少模光纤和光子晶体光纤中实现。同时，不同类型的BDG研究也不断出现，如啁啾BDG、相移BDG、混沌BDG和随机BDG等。简要介绍了BDG的产生原理，并对不同光纤中的BDG、不同类型BDG及BDG在分布式光纤传感、全光信号处理领域的应用进行详细阐述，最后，对BDG的发展趋势进行了总结与展望。
光栅 受激布里渊散射 布里渊动态光栅 光纤传感 全光信号处理 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0700004
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
布里渊光相干域分析(BOCDA)技术可以实现长传感距离、高空间分辨率和高速的分布式温度或应变传感,在大型结构健康监测、现代工业等领域具有广阔的应用前景。分别综述了正弦频率调制型BOCDA、相位调制型BOCDA和宽带光源型BOCDA近年来的研究进展,其中宽带光源型BOCDA包括基于放大自发辐射的BOCDA和本课题组提出的混沌激光BOCDA。对比了这些技术的优缺点,分析了BOCDA系统的性能,并对BOCDA技术的发展前景进行了展望。
光纤光学 光纤传感器 布里渊散射 布里渊光相干域分析 分布式光纤传感
1 南开大学泰达应用物理研究院和物理科学学院弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
2 信阳师范学院物理电子工程学院, 河南 信阳 464000
3 卢布尔雅那大学数学物理系, 斯洛文尼亚斯特藩研究所复杂物质系, 斯洛文尼亚 卢布尔雅那 SI-1000
随着激光加工技术和液晶取向工艺的发展,一种新型的基于飞秒激光直写的液晶面外区域定向技术问世。基于飞秒多光子光聚合激光直写技术制备出由聚合物条带构成的微结构,将其制成液晶盒,并充入不同种类的液晶,即可实现电光开关、磁光开关、光场调控等功能。每条聚合物条带的侧壁上都分布有表面浮雕光栅结构,使得液晶在聚合物条带通道内的定向成为可能。该技术不仅使不同区域内的液晶实现了物理隔离,还可以使液晶和聚合物实现完全的相分离。该技术快捷简单,在可调谐衍射光栅的实现、特殊光场的产生、光子晶体中的光场调控等方面具有重要的应用价值。
非线性光学 飞秒激光直写 聚合物条带 液晶 面外区域定向技术
南开大学 泰达应用物理研究院和物理科学学院, 天津 300457
为了解决液晶q波片制备过程中重复性差、方法繁琐、孔径限制的问题, 采用了一种基于紫外掩模曝光法和液晶面外区域定向技术的液晶q波片制备方法, 进行了理论分析和实验验证。搭建了紫外曝光系统, 制备了直径为2.54cm, q=1,夹角α0=0的大孔径液晶q波片。结果表明, 紫外掩模法构建的大孔径液晶q波片的自旋角动量-轨道角动量的转换效率可达到85%; 利用该波片实现了涡旋光、矢量涡旋光的产生和转换。基于紫外掩模法构建大孔径液晶q波片的方法具有成本低廉、制备工艺简单、速度快等优点, 可实现液晶q波片的批量化制作, 有利于液晶q波片走向商业化。
光学器件 液晶q波片 特殊光场 涡旋光 琼斯矩阵 optical devices liquid crystal q-wave-plate specific light field vortex beam Jones matrix
针对平板型太阳能聚光器中出现的漏光问题，提出了无漏光聚光器的设计方法.该方法结合简单的数学计算与折射定律、反射定律推导出光线在光波导板中无漏光传播的最大距离理论公式，建立了无漏光聚光比与空气隙结构张角角度、主聚光器高度和宽度之间的数学模型，利用控制变量法分析了无漏光聚光比与各参数之间的关系.运用光线追迹软件对所设计的平板型无漏光太阳能聚光器进行光线追迹模拟，结果表明: 在模拟光源选择存在0.27°的发散半角的太阳光源条件下，考虑光线在透射面处的菲涅耳损失和光学材料的吸收，在无漏光范围内实际最大聚光比达到698×、857×和1 032×时的聚光效率分别为88.2%、85.3%和80.2%；超过无漏光范围后随着聚光比进一步增大聚光效率下降较平缓.
光学设计 聚光光伏系统 非成像光学 光波导板 太阳能 几何光学 聚光特性 Optical design Concentration photovoltaics system Non-imaging optics Lightguide Solar energy Geometric optics Characteristics of concentration
中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院, 山东 青岛 266071
在石化生产过程中,危害气体泄漏时有发生,为了快速准确地确定泄漏气体种类,以便及时给事故应急提供指导,提出了基于傅里叶光学红外成像的分析方法,通过远距离遥测识别泄漏气体种类.实验研究了光谱分辨率、气体排放流量对遥测识别的影响,并且在某公司乙烯装置开展了现场泄漏检测与识别应用.识别实验和现场应用结果表明,傅里叶光学红外成像分析方法可以快速定位泄漏气体位置,并且识别气体种类,正确检测并识别目标气体后,进一步减小光谱分辨率和泄漏目标气体流量对气体识别的影响较小,该方法有利于石化生产安全隐患排查与事故应急处置.
傅里叶光学 红外成像 图像处理 泄漏气体 安全 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 080701
