1 中北大学 信息与通信工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051
3 中北大学 前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
4 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
研究了基于波长调制的螺旋形塑料光纤（plastic optical fiber, POF）表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）折射率传感器。采用机械热压和扭曲法将塑料光纤制备成螺旋形，在螺旋形POF上通过磁控溅射蒸镀一定厚度（约50 nm）的金属薄膜来激励SPR效应，从而形成螺旋形POF-SPR传感器。通过对螺旋形POF-SPR传感器的结构进行修饰，研究不同结构参数对折射率传感特性的影响。实验结果表明：由厚度为500 μm扁平形POF扭制、螺纹数为4的螺旋形POF-SPR传感器具有较好的线性度和折射率传感特性，在折射率为1.335~1.400范围内测得的灵敏度为1 262 nm/RIU。该传感器具有成本较低、制备简单、结构稳定等优点。
塑料光纤 螺旋形 折射率传感 表面等离子体共振 plastic optical fiber spiral refractive index sensor surface plasmon resonance
1 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
3 重庆第二师范学院 旅游与服务管理学院,重庆 400065
为了实现车辆质量实时、动态、准确地监测, 利用弹簧隔振器、塑料光纤及钢板构建了一种新型的质量实时监测光纤传感器。车辆质量信息采用光纤螺旋区域进行感知,隔振器通过螺丝对称地安装在高强度、高韧性钢板的4个角落, 螺旋光纤传感器固定在钢板的中心位置。实验研究了光纤螺旋圈数、光纤直径及车辆行驶速度对光纤传感器测量结果产生的影响, 以及传感器受车辆碾压后输出信号随时间的变化关系。研究发现, 当传感器光纤直径为2 mm, 传感器螺旋间距为20 mm, 传感器螺旋圈数为3圈, 车辆质量为1 143~3 279 kg, 车速为5~130 km/h时, 传感器输出信号与质量间具有线性关系, 最大相对误差为9.2%。
塑料光纤 弹簧隔振器 传感器 质量 实时动态监测 plastic optical fiber spring isolator sensor weight real-time dynamic monitoring
1 九江职业技术学院 电气工程学院, 江西 九江 330007
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
3 重庆第二师范学院,重庆 400065
4 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
为了提高塑料光纤湿度传感器的灵敏度, 该文利用商用塑料光纤、聚砜、二氧化锗(GeO2)和聚酰亚胺构建了一种新型结构的塑料光纤湿度传感器。首先将长度为0.5 m的商用塑料光纤中心部分(长5 cm)包层去除, 并弯曲成U形(弯曲半径为2 cm), 再将聚砜与GeO2的混合物涂覆在商用光纤纤芯表面, 然后将涂覆聚砜与GeO2的塑料光纤在70 ℃下干燥10 h, 最后涂覆上聚酰亚胺湿敏材料, 在60 ℃下干燥后形成塑料光纤湿度传感器。实验研究了不同涂覆对塑料光纤传感器光传输特性及其灵敏度的影响, 实验结果表明, 在温度40 ℃、相对湿度10%RH~80%RH下, 当塑料光纤纤芯直径为900 μm、聚砜与GeO2涂覆层厚200 μm、聚酰亚胺湿敏膜厚 20 μm时, 传感器对湿度的响应灵敏度可达到-0.9 nW/(1%RH), 是将20 μm聚酰亚胺湿敏材料涂覆在1 500 μm塑料光纤纤芯表面响应灵敏度的6.9倍。
塑料光纤 聚砜 二氧化锗(GeO2) 聚酰亚胺 湿度传感器 灵敏度 plastic optical fiber polysulfone germanium dioxide(GeO2) polyimide humidity sensor sensitivity
1 张家口职业技术学院 电气工程系, 河北 张家口 075051
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
3 电梯智能运维重庆市高校工程中心, 重庆 402260
该文利用光热转换六硼化镧(LaB6)、加拿大树脂、纳米SiO2, 制备了不同掺杂含量的LaB6-SiO2-加拿大树脂溶胶, 并涂敷在塑料光纤表面, 构成了光致发光发热光分频利用光纤。测试了LaB6颗粒的吸收光谱及升温速率, LaB6掺杂含量与涂敷层厚度对光纤表面发光发热性能的影响。LaB6在波长为510~650 nm时出现弱吸收, 用于光辐射; LaB6对其他可见-近红外波段的光呈现出强吸收, 用于产热。当LaB6的质量分数为0.30%, 涂敷层厚为200 μm时, 光纤表面发光发热的均匀性最佳, 观测点的平均发光强度及平均升温速率分别达到26.59 μW/cm2和0.29 ℃/min, 实现了可见-近红外光谱的光分频利用。
六硼化镧 塑料光纤 光热转换 光热辐射 光分频利用 LaB6 plastic optical fiber photothermal conversion photothermal radiation spectral beam splitting utilizing
1 武汉纺织大学 数学与计算机学院， 武汉 430200
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心， 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室， 重庆 400054
3 电梯智能运维重庆市高校工程中心， 重庆 402260
为了提高侧边研磨型(D形)塑料光纤倏逝波传感器的灵敏度，采用不同粒度的光纤研磨纸对塑料裸光纤进行侧边研磨，制备了不同直径及不同表面粗糙度的D形塑料光纤倏逝波传感器。实验观测了D区表面形貌、D区直径与表面粗粗度对传感器光传输性能及灵敏度的影响。实验研究发现：D形敏感区域直径及表面粗糙度对传感器光传输及灵敏度影响显著；传感器灵敏度随着D区直径的减小先增大后减小，当D区直径为1200μm时，传感器对葡萄糖溶液的响应灵敏度达到最大值：-0.0032(mg/L)-1；当采用粒度为9μm的光纤研磨纸对光纤进行研磨时，传感器的灵敏度将进一步提升至-0.0045(mg/L)-1，是未经研磨塑料光纤传感器灵敏度的11.25倍。
塑料光纤 倏逝波 传感器 表面粗糙度 光传输 灵敏度 plastic optical fiber evanescent wave sensor surface roughness light transmission sensitivity
为了提高光纤弯曲传感器的灵敏度, 增大线性范围, 降低成本, 本文提出一种基于深度神经网络分类塑料光纤弯曲角度及方向的方法。使用进行侧抛增敏处理的塑料光纤, 在光纤输出端采集不同弯曲角度的散斑图。制作了包含五类弯曲角度的数据集一以及包含七类弯曲角度的数据集二, 在预处理图像数据之后, 利用多层卷积神经网络对散斑图像进行卷积和池化处理, 得到散斑图像的特征图, softmax分类器用来得到分类准确率, 最后对两种不同卷积神经网络模型的分类效果进行对比。结果显示: 数据集一光纤弯曲的角度间隔为5°时分类准确率达到了96%, 理论和实际分析结果表明该方案识别率较高, 基于该方法有望实现一种简单、高效的光纤弯曲传感器。
光纤弯曲传感 卷积神经网络 散斑 塑料光纤 增敏型光纤 fiber bending sensor convolutional netural network speckle figure plastic optical fiber sensitzed fiber
1 内蒙古工业大学 电力学院, 呼和浩特 010080
2 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
塑料光纤(POF)在高能物理宇宙线探测中应用广泛, 光纤的端面质量在很大程度上决定了探测器的性能, 从而影响宇宙线能谱和成分测量的精度。以高海拔宇宙线项目中电磁粒子探测器采用的BCF-92 POF作为研究对象, 通过Matlab图像处理的方式对光纤端面图像进行了预处理, 应用迭代最小二乘椭圆拟合法确定了纤芯和包层的端面几何参数并计算了端面不圆度。实验结果表明: 95.4%的样本光纤为合格光纤, 端面不圆度平均在0.75%左右, 该方法能满足高海拔宇宙线项目的探测需求。
BCF-92塑料光纤 图像处理 迭代最小二乘法 椭圆拟合 包层不圆度 BCF-92 plastic optical fiber image processing iterative least squares method ellipse fitting cladding out-of-roundness
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
研究了一种用于塑料光纤阵列等距V形槽散射点加工方法。提出一种重力微压刀刻技术,理论分析了散射点光散射率与提供重力的砝码质量的关系。结果表明:V形槽散射点的光散射率随砝码质量的增大呈3/2幂指数增加。通过建立等距散射点均匀发光模型,理论推导了加工时各散射点所需的砝码质量计算公式。实验验证了V形槽散射点的光散射率与砝码质量的关系并得到了它们的关系曲线。采用通过砝码质量计算公式得到的参数,制作了亮度均匀度高于85%的单根等距散射点侧面发光塑料光纤,以及尺寸为180 mm×101 mm的等距散射点塑料光纤阵列背光板,亮度均匀度为90.9%。实验结果证明了重力微压刀刻技术制备塑料光纤阵列等距V形槽散射点的可行性。
几何光学 塑料光纤 均匀侧发光 背光板 等距散射点 V形槽 发光均匀度 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 050801
1 国药集团重庆医药设计院有限公司, 重庆 400042
2 重庆车辆检测研究院有限公司, 重庆 401122
3 重庆大学 自动化学院, 重庆 400044
针对传统智能交通系统(Intelligent Transportation System, ITS)的计算能力和通信能力无法满足其强实时性、高可靠性的需求问题, 且边缘计算(Edge Computing, EC)技术是解决强实时性和高可靠性最有效的技术途径, 设计研发了一套基于塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)的智能交通EC短距离(小于100m)通信系统。该系统采用POF作为主要通信介质, 并根据通信系统的需求, 设计开发了POF的光纤网络单元(Optical Network Unit, ONU)与各类介质转换器, 实现了POF与RS485、100Mb/s以太网等标准协议接口相连。系统实现与应用表明: POF比较适用于短距离通信系统, 该系统具有传输速率快、带宽高、不受电磁干扰、弯曲半径小、弯曲柔韧性与实时性较好、成本低、可靠性高、现场部署操作方便、不易折断等优势, 因而, 所设计系统具有较好的参考与应用价值。
智能交通 边缘计算 POF塑料光纤 系统设计 intelligent transportation edge computing plastic optical fiber system design
1 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
2 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，长春 130012
3 中国科学院大学，北京 100039
4 宝鸡文理学院 物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721016
塑料制成的光纤具有轻质、柔软、低成本等特点，可用于通信、图像传输、照明与装饰等领域，实现与其它光纤优势互补的各种功能.在通信领域，渐变折射率塑料光纤实现了10 Gbps@100 m的消费级传输速率和40 Gbps的测试级传输速率; 在图像传输领域，已有0.45 mm直径@7400像素和1.5 mm直径@13 000像素的传像束，以及分辨率高达256 lp/mm的光纤面板产品; 在塑料光纤激光器领域，有关增益介质、光纤长度、光纤结构等与激光器/放大器的特征性能间关系的理论与实验研究逐步深入; 在装饰和照明领域，已有用塑料光纤开发的太阳光光纤照明、造型光纤照明、光纤毯治疗仪等装置.本文就塑料光纤在上述领域的最新研究和应用情况进行综述.
塑料光纤 太赫兹波 光纤通信 光纤传像 光纤激光器/放大器 光纤照明 Plastic optical fiber Terahertz wave Fiber optics communication Fiber optics image transmission Fiber optics lasers and amplifiers Fiber optics lighting 光子学报
2019, 48(11): 1148006
