冯亭 1,2,*李芳 1,2郭纪琛 1,2路子億 1,2[ ... ]姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
随着应变、温度、振动等分布式光纤传感技术的不断深入发展和产品化程度的不断推进,人们越发意识到分布式横向压力光纤传感的重要性,尤其是准分布式光纤光栅等压力传感器在某些重要应用领域的不足越发凸显,对分布式横向压力光纤传感的研究更加迫在眉睫。与其他参量的分布式光纤传感技术相比,分布式横向压力光纤传感基础技术不足、存在机理瓶颈,参量转换的间接测量方法存在复杂度高、准确性差、难以实用化等显著问题。本文在综述前人所开展的分布式压力光纤传感技术原理和存在问题的基础上,重点讨论近些年本课题组在基于偏振分析的分布式横向压力光纤传感方面率先开展的工作和取得的研究成果,主要集中在基于保偏光纤偏振串扰分析和单模光纤分布式全Mueller矩阵偏振分析的分布式横向压力光纤传感涉及的测量与解调系统、传感介质、系统性能及典型应用等方面,也对分布式横向压力光纤传感未来的发展方向与前景进行了展望。
分布式光纤传感 横向压力 偏振分析 保偏光纤 单模光纤 
光学学报
2024, 44(1): 0106005
高珊 1,2孟晨 1,2崔省伟 1,2,*姚晓天 1,2[ ... ]吴胜保 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
非偏振分光棱镜在干涉仪中引入的非线性误差将对仪器的测量精度产生不可忽视的影响,所以测量非偏振分光棱镜所引入的相移特性并探究其补偿方法是非常有意义的。基于琼斯矩阵描述偏振态的方法,设计、搭建了非偏振分光棱镜透射及反射相移的测量系统,并对反射相移进行了有效补偿,此外,还对相移的温度特性进行了实验探究。系统采用双光电探测器平衡探测的方法可以消除光源功率抖动的影响,具有探测精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。研究结果表明:非偏振分光棱镜的反射相移明显大于透射相移,将2个反射相移接近的非偏振分光棱镜进行组合后整体相移明显降低。此外,随着温度的变化,相移也会发生变化,相移的温度特性曲线中存在相移量最小的拐点,该方法有助于寻找非偏振分光棱镜的最佳工作温度。
分光棱镜 相位延迟量 相移补偿 温度特性 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712002
夏龙 1,2王新悦 1,2吴胜保 1,2,*崔省伟 1,2[ ... ]姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点,在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而,实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数,过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪(OCDR)在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术,以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响,并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明:通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件,且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型;此外,通过分布式测量激光直写反射曲线,可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。
激光技术 飞秒激光 光波导 微纳加工 分布式光纤传感 反射特性 
中国激光
2023, 50(16): 1602402
李昌恒 1,2崔省伟 1,2,*姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院,光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
采用定量相位成像技术对飞秒激光在玻璃材料内部加工的空腔结构进行定量相位成像检测。首先通过改变飞秒激光的脉冲能量在玻璃内部制作了不同结构的空腔,然后使用定量相位成像装置对样品进行了成像表征。结果显示:定量相位成像技术在对内部空腔进行成像的同时,还可以探测到玻璃空腔周围光学性质改变的区域。研究了玻璃内部有无掺杂对加工结果的影响,并分析总结了飞秒激光在玻璃内部加工的三维模型。定量相位成像技术既可以对样品进行无损检测,有效提高样品的检测效率,又可以定量测量样品的光学特性,因此,该技术在激光加工检测领域中具有广阔的应用前景。
激光技术 定量相位成像 飞秒激光 激光加工 光学改性 玻璃掺杂 
中国激光
2023, 50(12): 1202403
王振川 1,2刘雪生 1,2郝鹏 1,2,*姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
因磁光开关的开关速度快、可靠性高、串扰小等特点,提出一种基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达。分析了基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达的成像原理,实验测试影响激光雷达性能的磁光开关相关性能参数,包括延迟时间、开关上升沿时间、插入损耗、回波损耗。随后,基于1×8光纤磁光开关搭建了时分复用全固态激光雷达实验系统,通过磁光开关将光路切换到二维光束阵列不同位置的光纤通道中,基于飞行时间(ToF)测距技术实现了激光雷达的快速三维成像。最终,通过对空间目标构建三维点云图,验证了该雷达系统的全固态三维成像能力,实现了510.3 Hz的扫描频率和0.36°的角度分辨率,并通过微平移台可将角度分辨率提高到0.18°。与micro-electro-mechanical system(MEMS)和光学相控阵的光束成像技术相比,所设计的技术方案具有成本低、能量利用率高和光束质量高等优点。
激光雷达 时分复用 磁光开关 光纤阵列 
激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1228012
张轩 1,2郝鹏 1,2,*苏亚 1,2姚鹏辉 1,2姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量,基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后,设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头,搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差,通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量,对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定,三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明,该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2 μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。
传感器 磁光晶体 磁场传感器 法拉第效应 光纤传感器 三轴正交 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0928004
刘逸飞 1,2苏亚 1,2姚晓天 1,2崔省伟 1,2[ ... ]何松 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学 物理科学与技术学院, 保定 071002
2 河北大学 河北省光学感知技术创新中心, 保定 071002
为了解决不同的光学相干层析(OCT)图像预处理方式对皮肤真皮层散射系数计算影响的问题, 提高无创血糖的测量精确度, 提出了一种对OCT图像数据前期处理的最优化方法。在对采集的3维图像数据进行皮肤表面对齐、3维重建、1维平均处理的基础上, 分析了背景噪声和数据是否归一化对血糖预测精度的影响, 并结合临床实验进行了验证。结果表明, 预测误差较预处理之前减小了18.31%。该研究对于提高基于OCT技术的光学无创血糖测量精度具有重要的参考价值。
图像处理 无创血糖检测 光学相干层析 归一化 背景噪声 image processing noninvasive blood glucose detection optical coherence tomography normalize background noise 
激光技术
2023, 47(2): 178
孙威威 1,2冯亭 1,2,*李东元 1,2秦齐 3[ ... ]姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
3 北京交通大学电子信息工程学院,北京 100044
设计并演示了一种2 μm波段高信噪比混合复合谐振腔型单纵模(SLM)掺铥光纤激光器(TDFL)。混合复合谐振腔由基于3个均匀光纤布拉格光栅(FBG)和2个光纤耦合器(OC)的非对称线形复合四腔和基于另外2个OC的双OC环形腔组成。基于游标原理,非对称线形复合四腔可以实现激光SLM选择。双OC环形腔作为窄带滤波器,进一步确保激光器长时间SLM稳定运行。采用放大的1567 nm激光泵浦掺铥光纤,当泵浦功率为2.80 W时,激光输出中心波长为2049.160 nm,输出功率为15.47 mW,光信噪比高达75.65 dB,200 min测量时间内波长和功率波动分别小于0.005 nm和0.85 dB,10 min测量时间内激光可以保持稳定的SLM运行,激光器的阈值泵浦功率和斜率效率分别为1.75 W和1.43 %。提出的TDFL在自由空间光通信、激光雷达、光学传感等领域具有潜在的应用价值。
激光器与激光光学 2 μm波段光纤激光器 混合复合谐振腔 单纵模 光纤滤波器 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514006
孟晨 1,2高珊 1,2姚晓天 1,2崔省伟 1,2,**郝鹏 1,2,*
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
非偏振分光棱镜(NPBS)的偏振相关性会对外差干涉仪、偏振干涉仪和激光干涉仪等干涉系统的非线性误差、偏振误差和测量精度等带来不可忽视的影响。首先对NPBS偏振敏感度的4个特征参数的测量原理进行介绍,接着基于NPBS偏振敏感度测量系统进行一系列实验并对实验结果进行分析。NPBS的s光与p光分量的透射比和反射比基于圆偏振光入射并同步测量透/反射光中s、p偏振方向的强度来实现,以抑制光源抖动及光电探测器响应不一致性对测量结果的影响。在相位偏振敏感度测量方面,基于偏振测量系统对透/反射光的斯托克斯分量S2S3进行测量,获得NPBS的s光与p光的透/反射相位差。3个NPBS样品的重复性测试实验结果表明:上述非偏振分光棱镜的偏振敏感度测量方法对NPBS透射比和反射比的测量精度(最大偏差与测量平均值之比)为-0.08%~+0.08%,重复性优于0.1%,对NPBS透射相位差和反射相位差的测量精度为-0.84%~+0.84%,测量重复性优于1%。对NPBS样品在不同入射波长和入射角度下的偏振敏感度进行了测量,结果显示:在1540~1560 nm范围内,被测NPBS样品的透/反射比变化小于0.02,s光与p光的透/反射相位差随着波长增加而减小;随着入射角度从-5°增大到+5°,s光与p光之间的透/反射相位差减小。NPBS反射相位差的变化大于透射相位差的变化,对波长和入射角度的变化更敏感。
测量 非偏振分光棱镜 干涉仪系统 偏振敏感度 相位差 
中国激光
2023, 50(5): 0504004
毕文文 1,2冯亭 1,2,*苏鲸 1,2延凤平 3姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定  071002
2 河北省光学感知技术创新中心, 河北 保定  071002
3 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京  100044
提出并验证了一种基于高非线性光纤(HNLF)的布里渊双波长窄线宽光纤激光器,并对其扫频微波信号生成进行了研究。窄线宽光纤激光种子源经高功率掺铒光纤放大器进行功率放大,并使用光纤光栅滤除自发辐射噪声后,作为受激布里渊散射(SBS)的泵浦光;为降低SBS阈值,使用长3.0 m的HNLF作为布里渊增益介质,布里渊激光谐振腔的腔长为6.6 m,对应的纵模间隔约为31 MHz,可以保证在布里渊增益谱范围内实现激光单纵模运行;在HNLF入纤泵浦光功率为1.8 W时,测得布里渊激光的线宽为622.50 Hz,且结合残余泵浦光得到了双波长激光输出,光信噪比>77 dB;对双波长激光进行拍频,在9.4 GHz附近得到微波信号,且利用定制步进电机光纤拉伸机构对HNLF引入应变调制,实现了速率为10 Hz、范围为289.7 MHz的扫频微波信号输出。提出的激光器系统实现方法简单,在光/无线通信、光纤传感、微波光子学等领域具有潜在应用价值。
受激布里渊散射 双波长光纤激光器 扫频微波信号 stimulated Brillouin scattering dual-wavelength fiber laser frequency-swept microwave signal 
发光学报
2022, 43(10): 1601

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