1 南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
2 中国科学院自动化研究所，中国科学院分子影像重点实验室，北京 100190
3 河北医科大学第二医院神经外科，河北 石家庄 050000
脑胶质瘤是一种侵袭性的恶性原发性脑肿瘤，术中准确区分胶质瘤和正常脑组织极具挑战性。基于高分辨偏振敏感光学相干层析术（PS-OCT）对正常小鼠脑和胶质瘤模型小鼠脑进行成像，计算了强度、累积相位延迟和累积光轴信息。结果表明，从PS-OCT图像中可以清楚地显示出鼠脑中的纤维结构及其取向；借助PS-OCT图像中丰富的偏振信息，可以准确区分鼠脑胶质瘤区和正常区；基于计算的光轴标准差可以有效区分胶质瘤和正常脑组织。研究结果表明，高分辨PS-OCT在脑组织成像及脑胶质瘤识别方面具有很大的临床应用潜力。
医用光学 偏振敏感光学相干层析术 脑成像 胶质瘤
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043007
1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。
表面光学 高传输效率 偏振不敏感 高选择性 双层等离子体 可见光
1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中，对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台，需要考虑非接触三轴角度测量方法，目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂，占用空间大，无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此，文中提出了基于双位置敏感探测器（PSD）的非接触三轴角度测量方案，使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射，将光源在两片PSD上汇聚成像，利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成，分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差，提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理，分析了滤波器的相频响应特性，并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽，验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g，尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明，34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%，在±2°测量范围内单轴测量时，方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°，组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°，文中所提出的三维测角传感器精度较高，满足机载等场景的使用要求。
三轴姿态角度测量 非接触测量 位置敏感探测器 滤波带宽 响应频率 three-axis attitude angle measurement non-contact measurement position sensitive detector filter bandwidth response frequency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230543
中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
为解决分布式相位敏感光时域反射计系统现有事件识别方法对于相似振动信号识别困难这一问题，提出了一种基于多尺度特征融合的相似信号识别方法。在该方法中，原始信号首先通过经验模态分解和小波包分解被分解为不同频率范围内的子信号。随后，分别提取原始信号和子信号的时频特征和近似熵特征，并利用主成分分析法对所提取的特征进行融合。最后，通过构建一个6层轻量反向传播（BP）神经网络分类器，训练分类模型并利用测试集验证模型分类度。该方法对小车经过和行走等相似信号的识别准确率可分别达到98.5%和98.0%，对于敲击和摇晃差异性大的信号的识别准确率可达100%。相比于直接从原始信号中提取特征并结合时频图的卷积神经网络方式，所提方法的综合识别准确率分别提高了8.4%与9.0%，相似信号的识别准确率分别提高了13.5%与12.4%。结果表明，该方法在保证差异性大的信号的高识别准确率的基础上，显著提高了相似信号的识别准确率，对于拓展分布式光纤传感的应用范围有重要的价值。
光通信 相位敏感光时域反射计 时频特征 近似熵 多尺度特征融合 反向传播神经网络
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
提出一种基于多频优化分集（MFOD）算法的相位解调技术，搭建了环移多频相干光时域反射（MF-COTDR）系统，实验探究了MFOD算法对信号解调性能的提升效果。结果表明，MFOD算法不仅能够较好地还原相位信息，相较于传统的相位解调算法有超过9 dB的平均信噪比（SNR）提升，实现了33.3 pε/Hz1/2的最小应变分辨率。此外，通过实验验证了基于MFOD算法的MF-COTDR系统对不同频率振动信号的响应性能，实验结果说明该系统具有良好的线性响应能力。
光纤光学 分布式光纤传感 相位敏感光时域反射仪 相位解调
1 哈尔滨工业大学卓越工程师学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学郑州研究院，河南 郑州 450018
3 国家管网集团科学技术研究院，河北 廊坊 065000
4 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江 哈尔滨 150001
相位敏感光时域反射计（Ф-OTDR）系统通常用于振动监测中，具有响应速度快和检测灵敏度高的优势，但受相干衰落效应的影响，导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此，本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案，实现对振动信号相位信息的高保真提取。该方案具有调制结构简单紧凑、相位延迟控制精确、频率分量灵活可控、不牺牲响应带宽和空间分辨率等优点。在验证实验中，灵活调制脉宽为100 ns，且同时将包含三个非等间距频率的多频探测光脉冲注入2 km的传感光纤，并以幅值评估的方式对多频拍频信号进行复用。结果表明，该方案中相干衰落的概率从17.541%降低到0.045%，并实现了对模拟振动信号相位信息的高保真重构。
相位敏感光时域反射计 相干衰落效应 相位信息 多频脉冲调制
1 电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室，四川 成都 611731
2 之江实验室光纤传感研究中心，浙江 杭州 311121
光脉冲编码（OPC）近年来在光纤声波传感领域备受关注，特别是将其与相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）相结合的技术。通过对注入光纤中的探测脉冲进行编码，可在不增加脉冲峰值功率的情况下大幅提高传感信号的信噪比，同时避免了非线性效应的影响；在接收端解码后可获得单脉冲响应，系统空间分辨率由单个脉冲而不是整个探测脉冲序列的长度决定，从而在获得高信噪比传感信号的同时保持了空间分辨率。本文首先回顾了OPC在光纤声波传感领域中的发展历程；然后，重点介绍了本课题组基于OPC的分布式和准分布式声波传感研究进展，特别是在传感带宽提升方面的成效；最后，对基于OPC的光纤声波传感技术未来发展方向进行了探讨。
光纤传感 光脉冲编码 分布式声波传感 相位敏感光时域反射仪
