柑橘是我国第一大类水果, 氮素对于柑橘的生长发育至关重要, 实时、 无损地监测柑橘氮素营养状况, 对于氮素养分精准管理具有重要意义。 植株体内的氮素可以分为营养性氮素、 结构性氮素和功能性氮素, 不同形态氮素各组分在柑橘叶片中的含量对叶片生理生化反应有一定的指示作用, 其中, 功能性氮含量是指示柑橘氮营养状况的重要指标。 以“春见”橘橙为试验材料, 分别于果实膨大期和转色期, 利用可见-近红外光谱仪测定不同施氮处理的柑橘叶片反射光谱, 并用化学分析方法测定其叶片功能性氮含量。 分析了柑橘果实膨大期和转色期叶片原始光谱和一阶微分光谱与叶片功能性氮含量的相关关系, 筛选出敏感波段, 利用全波段和敏感波段, 结合光谱植被指数法、 光谱化学计量法和机器学习方法, 构建了柑橘果实膨大期和转色期叶片功能性氮含量的无损监测模型, 并对比分析多种光谱变换和光谱预处理方法对于模型精度的影响。 结果表明, 在柑橘果实膨大期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合反向传播神经网络构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其建模集决定系数R2c和验证集决定系数R2v均为0.78, 建模集均方根误差RMSEC和验证集均方根误差RMSEV均为0.82 g·kg-1; 基于敏感波段原始光谱结合随机森林构建的模型精度也较高, 其R2c和RMSEC分别为0.84和0.67 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.74和0.83 g·kg-1。 在柑橘果实转色期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合BPNN构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其R2c和RMSEC分别为0.77和1.04 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.76和1.13 g·kg-1。 研究表明, 可以利用可见-近红外光谱技术, 实现对柑橘叶片功能性氮含量的无损监测。

针对传统弹性光网络采用专用路径1+1保护策略存在资源浪费的问题, 文章提出了一种共享链路保护策略。在检测到链路故障后, 柔性光转发器切换至共享保护链路, 并根据业务的优先级和请求频率重排业务权重, 依据业务权重提供差异化的路由和频谱分配。此外, 文章提出一种以物理网络拓扑结构、业务需求集合和优质业务量占比为约束条件, 以最小化频谱隙利用率为目标, 具有业务区分的路由和频谱分配方法。理论分析和仿真结果表明, 与传统的1+1保护方法相比, 所提保护策略在降低网络拥塞率的同时, 可以最多节省38%的频谱资源, 能够最大限度地实现备份频谱资源的共享。

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器通常以纤芯为共振基底, 需要采用腐蚀、侧抛、研磨等复杂的加工工艺将光纤包层去除, 存在倏逝波不易泄露, 传感探针制作困难的问题。本文提出一种以光纤包层为SPR共振基底的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器。采用单模光纤与阶跃折射率多模光纤偏芯熔接结构, 将单模光纤纤芯中的光直接注入多模光纤包层, 并在阶跃折射率多模光纤包层外镀50 nm金膜。在探针传感段, 光场能量全部分布在阶跃折射率多模光纤包层中, 发生SPR效应充分。与传统光纤包层SPR传感结构相比, 该传感器能够获得更深的共振谷, 折射率测量范围为1.333~1.385 RIU时, 传感器的平均灵敏度可达2 307 nm/RIU, 本文亦对传感段多模光纤纤芯直径与长度不同参数的影响进行了探究。本文提出的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器制作简单, 有效解决了光纤包层与空气界面不易获得倏逝波的问题。

在激光腔型设计时, 为了使激光具有良好的输出性能, 需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法, 将折叠腔近似等价后, 对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析, 找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知, 当折叠角θ=0.15π时, 总腔长L的理想取值范围为(70, 80)mm, 最佳取值为75 mm, 端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为(60, 75)mm, 折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm, 随着左(右)侧子腔g-参数积增大, 右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。

设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光纤温度传感器。将单模光纤和多模光纤端面研磨成楔形并进行拼接，在单模光纤的研磨面上镀制厚度为50 nm的金膜以形成Kretschmann结构，然后涂覆一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为温度敏感介质来实现温度传感。实验结果表明：当温度为20~70 ℃时，该传感器的灵敏度的绝对值最大可达到4.15 nm/℃，远大于其他类型的光纤温度传感器的灵敏度；与其他SPR光纤温度传感器相比，该传感器具有更窄的半峰全宽和更优的品质因数；该传感器具有较高的稳定性，其最大的温度标准差为0.14 ℃。该传感器结构简单，制作成本低廉，有望在工业领域内得到广泛应用。

为实现对微小位移的精确测量,提高位移精度,提出了基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器。利用渐变折射率多模光纤中光束的传播角度随入射光位置的变化而变化的特性,结合表面等离子体共振传感器的共振波长对共振角度变化具有很高灵敏度的特性,实现对微小位移的精确测量。为满足共振条件,将渐变折射率多模光纤研磨成具有合适角度的楔形,精确控制渐变折射率多模光纤的长度,并将光纤探针浸入到一定折射率的液体中。通过630 nm单模光纤将白光光源从渐变折射率多模光纤的端面耦合到光纤探针中,搭建位移平台,精确控制单模光纤和渐变折射率多模光纤的径向相对位置,通过光谱仪检测共振波长随相对位置的变化规律。实验结果表明:当光纤研磨角度为12°,且液体折射率为1.350时,该传感器具有高达10.32 nm·μm ^-1的灵敏度,位移分辨率高达1.9 nm。

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围; 此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。

为了测定粉末材料的倍频特性, 根据Kurtz-Perry粉末倍频效应理论, 采用光参量振荡技术, 获取了130mJ@1064nm和20mJ@1570nm的双波长调Q激光输出, 并进行了理论分析和实验验证。实现了粉末样品的1064nm和1570nm双波长倍频测试, 解决了单一波长测试时晶体粉末材料对倍频信号波长的吸收而导致难以测得倍频信号的问题, 有效非线性系数测试灵敏度达到0.46pm/V。结果表明, KTP粉末样品倍频信号变化趋势与理论相吻合, 该系统对晶体的非线性检测运行稳定可靠, 测试简单方便快捷。

为了提高表面增强拉曼散射技术中基底的增强效果, 采用时域有限差分算法从理论上对不同入射光偏振方向下米状银纳米颗粒的电场增强进行了模拟分析, 分别研究了单个银纳米颗粒和不同组合的二聚体以及三聚体的形状、间距对局域电场强度的影响, 并且详细讨论了导致电场增强的原因。结果表明, 当米状银纳米颗粒长度约为300 nm时, 应控制其短轴约为36 nm, 间距约为2 nm, 且入射光偏振方向平行于长轴, 此时在颗粒的尖端处均会产生最大电场增强, 其中二聚体尖端对尖端情形下增强效果尤为明显。该结论为拉曼基底实验中纳米颗粒的制备提供了一定的理论基础。