1 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西西安70054
2 陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西西安710054
3 中石化安全工程研究院有限公司 化学品安全全国重点实验室，山东青岛266000
H2S，CH4多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术， 选用中心波长为8.309 μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源，搭建30 m长距离的遥测实验系统，使用WMS波长调制法对H2S，CH4气体的吸收谱线进行连续调谐与扫描，并对高频正弦载波进行了最优深化调制，实现了H2S，CH4多组分气体的同时测量。实验将H2S与5%体积分数的高浓度水汽进行混合测量，分析并验证了该波段的水汽吸收难以对测量造成交叉干扰的优良特性，并利用Savitzky-Golay平滑滤波器提高了检测信号的信噪比。通过遥测实验，分析了15 m，30 m不同遥测距离对检测信号的影响，并利用增加积分时间与计算信噪比的方法，得到了128.75×10-9 m的遥测最低限。最后，Allan方差的计算结果表明，当积分时间为183 s，142 s时，系统对H2S，CH4气体的最低检测下限分别为0.593×10-9和1.160×10-9。本文的研究结果为中红外波段H2S，CH4多组分气体的高灵敏度、同时测量提供了一种有效途径，为多组分气体的遥测应用提供了参考。
中红外 硫化氢 量子级联激光器 多组分气体遥测 mid-infrared hydrogen sulfide Quantum Cascade Laser(QCL) multi-component gas sensing
1 西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054
2 陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西 西安 710054
针对天然气管道沿线威胁事件的实时识别问题，笔者提出了一种基于瑞利光时域反射分布式光纤振动监测系统和深度学习网络的方法。首先，利用分布式光纤振动监测系统采集28.9 km长管道沿线6类事件的波形信号，并通过格拉姆角场（GAF）将其转化为二维图像信息，然后利用GoogLeNet、VGG、AlexNet三种深度学习网络对图像信息进行分类对比，并分析了不同信噪比条件下GoogLeNet的分类效果。结果表明：GoogLeNet对6类事件的分类准确率最高，优于其他两种网络；当信噪比为8 dB时，GoogLeNet对人工挖掘和机械破坏事件数据进行滤波、GAF等处理之后没有出现误报。本文所提方法适合在实际现场使用，为管道安全监测提供了一种新的技术手段。
光纤光学 管道监测 格拉姆角场 分布式光纤振动 特征识别
西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054
铁路已成为我国交通运输的大动脉，地理条件的多样性使得铁路隧道分布较多。针对铁路隧道的结构安全监测方式诸多，然而传统的监测方式均存在一定的局限性。基于当前研究热点——光学传感，将精度优良、经济可行性较高的光学视频位移计和光纤布拉格光栅传感技术有机结合，应用于运营期铁路隧道的安全监测。通过分析静态、通车等情况下的监测数据，结合仿真模型，初步探讨光学传感应用于运营期铁路隧道监测的可行性，旨在为相关工程技术研究提供参考和借鉴。
光学传感 光学视频位移 光纤光栅传感 隧道监测 仿真模型 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312006
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610046
2 长春理工大学 物理学院，吉林 长春 130022
3 鹏城实验室 数学与理论部，广东 深圳 518000
采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果，搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下，获得了中心波长为1.06 μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中，激光脉冲的光谱边缘平滑，光谱分布非常接近高斯线型。最后，通过系统的仿真，近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性，有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。
非保偏光纤 高斯线型光谱 锁模光纤激光器 结构优化 non polarization maintaining fiber Gaussian linear spectrum mode-locked fiber laser structural optimization
1 广东工业大学 信息工程学院, 广州 510006
2 广东工业大学 广东省信息光子技术重点实验室, 广州510006
针对现有的波长解调型光纤布喇格光栅(FBG)风速计系统成本高、操作不方便等问题, 提出一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计。使用泵浦激光对长度为15 mm的FBG进行非均匀加热后, 使其产生明显的啁啾效应, 利用啁啾化FBG在风速作用下温度梯度降低导致啁啾程度减弱, 其反射光功率也随之减小的原理, 成功实现了强度解调型的FBG风速测量。实验结果表明: 风速计的测量范围达0~11 m/s, 在风速为0.1 m/s时风速计的灵敏度高达-28.60 μW/(m·s-1), 其动态响应时间小于1 s(低风速到高风速约为0.3 s, 高风速到低风速为0.9 s)。
热式风速计 光纤布喇格光栅 啁啾效应 强度解调 thermal anemometer, fiber Bragg grating, chirp eff
1 广东工业大学先进光子技术研究院, 广东 广州 510006
2 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室, 广东 广州 510006
3 光纤光缆制备技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430073
针对光纤热式风速计需要专门的泵浦激光或加热电阻所带来的成本增加和操作不便,提出了基于光源自加热效应的高灵敏度光纤热式风速计。首先在单模光纤端面用紫外光固化胶制作法布里-珀罗干涉仪并将其作为传感探头;然后利用传感探头对输入宽带光源的吸收所产生的热量,获得自身较高的初始温度;最后测量传感探头在气流作用下温度降低及应变所引起的干涉光谱的波长漂移量,根据波长漂移量与风速的特定关系来实现风速测量。在0~7 m/s的风速范围内对传感探头进行测量,结果表明传感探头获得高达-3.13 nm/(m·s -1)的风速灵敏度,响应时间约为250 ms。
传感器 光纤风速计 法布里-珀罗干涉仪 热式风速计
1 空军工程大学航空航天工程学院学员四大队, 西安 710051
2 空军工程大学基础部, 西安 710051
3 空军工程大学防空反导学院学员二大队, 西安 710051
采用原位水热法合成MgFe2O4/ZnO纳米复合材料, 通过窄带隙的磁性铁酸镁半导体与宽带隙的氧化锌半导体进行匹配并形成具有异质结的复合光催化剂 。借助X射线衍射仪(XRD)分析样品的相结构、扫描电子显微镜观察样品微观形貌、振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)表征 MgFe2O4/ZnO磁性纳米复合材料光催化性能。结果表明, 与MgFe2O4复合之后的MgFe2O4/ZnO磁性纳米复合材料对光的吸收范围拓宽到可见光范围, 有效提高了 ZnO的光催化性能, 在可见光照射60 min后, 对甲基橙溶液的降解率可达到95.2%, 该催化剂5次循环后的活性仍然大于87.3%。
磁性 复合 可见光催化 magnetic property MgFe2O4/ZnO MgFe2O4/ZnO composite visible light catalysis
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
提出了一种基于涡旋光干涉条纹偏移检测的水下湍流识别方法。利用随机相位屏法对拉盖尔-高斯光束在湍流中的传输及干涉特性进行理论模拟。在此基础上,实验研究了不同拓扑荷数涡旋光束经湍流场后与高斯光束干涉所得条纹的偏移特性。实验及理论结果表明:在较强湍流环境中,拓扑荷数越大,涡旋光束传输能力越强;相同湍流强度下,拓扑荷数越大,干涉条纹位置偏移量越小;相同拓扑荷数涡旋光的干涉条纹偏移量随湍流强度的增大而增大。这表明,涡旋光干涉条纹偏移检测法可有效地检测湍流强度,识别舰船尾流。
大气光学 水下激光 涡旋光束 水下湍流 干涉 条纹偏移 光学学报
2019, 39(10): 1001005
为了实现锁模光纤激光器的波长可调谐, 采用半导体可饱和吸收镜(SESAM), 搭建了环形腔被动锁模掺镱光纤激光器。在腔内无偏振控制器及可调谐滤波器等器件的前提下, 通过改变光纤跳线端面至SESAM的距离, 实现光谱在1029.5nm~1042.7nm之间的稳定可调谐, 基频重复频率为18.0MHz, 脉冲宽度为130ps, 锁模脉冲信噪比达44dB。结果表明, 该锁模光纤激光器具有较高的信噪比及较宽的可调谐范围。该研究为可调谐被动锁模光纤激光器的研制提供了重要的参考价值。
光纤光学 可调谐 半导体可饱和吸收镜 被动锁模 掺镱光纤 optical fiber optics tunable semiconductor saturable absorber mirror passive mode locking ytterbium-doped fiber
