光学 精密工程
2023, 31(24): 3531
1 广东海洋大学深圳研究院，广东 深圳 518120
2 广东海洋大学广东省船舶智能与安全工程技术研究中心，广东 湛江 524088
3 广东海洋大学机械工程学院，广东 湛江 524088
4 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心，广东 湛江 524088
提出并制备了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）增敏的级联双腔温度传感器，该传感器由PDMS腔和空气腔级联而成，且级联双腔的光程相近，从而干涉谱产生游标效应。此外，空气腔的两端均为PDMS，当温度增加时，空气腔两端的PDMS因膨胀同时挤压空气腔，大幅提高了空气腔的温度响应。在PDMS膨胀和游标效应的双重作用下，该传感器具有非常高的温度灵敏度。实验结果表明，在40~42 ℃范围内，传感器的温度灵敏度约为20.55 nm /℃，相比单个PDMS腔提高了37倍。该传感器具有结构紧凑、灵敏度高、稳定性好等优点，具有很好的应用前景。
光纤光学与光通信 光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 游标效应 聚二甲基硅氧烷 光学学报
2023, 43(19): 1906001
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220748
1 广东海洋大学智慧海洋传感网及其装备工程技术研究中心, 广东 湛江 524088
2 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
提出并制备了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封装空芯光纤的级联双腔温度传感器。该传感器由空气腔(FP1)和PDMS腔(FP2)级联而成,且PDMS腔长度远小于空气腔长度,从而使该传感器满足游标效应产生条件[FP1腔与复合腔FP3(由FP1和FP2组成)的光程接近]。当外界温度变化时,PDMS膜向两侧膨胀,导致FP1腔和FP3腔的干涉谱向相反的方向移动。实验结果表明,FP1腔和FP3腔干涉谱产生了游标效应,干涉谱包络明显;在50~60 ℃范围内,温度灵敏度达到1.32 nm/℃,该结果与理论分析结果相符。该传感器具有体积小、结构轻、灵敏度高、制备简单等优点,在化学、生物、医疗等领域具有潜在的应用价值。
光纤传感器 游标效应 法布里-珀罗干涉仪 高灵敏温度检测
1 哈尔滨理工大学 理学院, 哈尔滨 150080
2 哈尔滨理工大学 测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室, 哈尔滨 150080
为了实现液体折射率的高灵敏度测量，提出并制备了一种基于游标效应增敏的全光纤液体折射率传感器.该传感器由法布里-珀罗传感腔和法布里-珀罗参考腔并联构成，其中，传感腔为开放腔，由单模光纤错位熔接制得，参考腔为封闭腔，由单模光纤与空芯光纤熔接制得.传感腔和参考腔的自由光谱范围相近，但不相等，双腔反射光经光纤耦合器后叠加产生游标效应，达到增敏的效果.实验结果表明，该传感器的折射率灵敏度约为9 048.78 nm/RIU，约是单个传感腔的8倍.该传感器具有灵敏度高、结构简单、易于制备、成本低廉的优点，在生物医疗、环境检测等领域有潜在的应用前景.
光纤传感器 法布里-珀罗干涉仪 游标效应 液体折射率 光纤传感 错位熔接 并联 Optical fiber sensor Fabry-Perot interferometer Vernier effect Liquid refractive index Optical sensing Offset splicing In parallel 光子学报
2019, 48(11): 1148022
哈尔滨理工大学 应用科学学院，黑龙江 哈尔滨 150080
基于超磁致伸缩材料，提出了一种传感光纤光栅(S-FBG)和参考光纤光栅(A-FBG)相结合的温度自动补偿全光纤交流电流传感器。此传感器将传感光纤光栅和参考光纤光栅级联呈"十字形"后粘贴在超磁致伸缩材料上，然后将其置于聚磁回路狭缝内; 同时控制传感光纤光栅的径向与磁场方向相同，而参考光纤光栅的径向与磁场方向相反。最后，将S-FBG的中心波长置于A-FBG反射谱的边带上，通过检测两光纤光栅级联反射光强的变化实现了电流测量及温度自动补偿。选用3 dB谱宽分别为0.23 nm和0.08 nm的A-FBG和S-FBG进行了实验测试，结果表明: 有效安匝电流为1.0~138.2 A时，该传感器可实现线性测量，线性度为0.996 3，测量灵敏度为16.0 mV/A，最小可测有效安匝电流为1.0 A。
光纤电流传感器 光纤布拉格光栅 超磁致伸缩材料 温度补偿 optical fiber current sensor Fiber Bragg Grating(FBG) Giant Magnetostrictive Material(GMM) temperature compensation 光学 精密工程
2016, 24(10): 2377
哈尔滨理工大学工程电介质及应用技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
静电电压表对测量交直流高压有着非常重要的作用。为了实现高电压静电电压表的精确测量，提出并制备了一种采用法布里珀罗(FP)腔干涉原理的静电电压传感器。所设计的传感器电极与高压电极构成一组静电电压测量电极，此传感器的FP腔由光纤准直器和外侧镀铝的聚酯膜构成，当在高压电极施加载荷时，聚酯膜与高压电极之间产生均匀电场，在电场力作用下聚酯膜产生形变，从而改变FP腔的腔长，造成FP传感器的输出光谱偏移，采用相位解调法获得高压电极上施加的载荷，实现电压的静电测量。实验结果表明：可实现5~16 kV直流高压和交流高压有效值的测量，5~10 kV范围测量精度为1.21%，10~16 kV的测量精度为0.61%。此传感器满足高电压的测量要求。
光纤光学 静电传感器 法布里珀罗干涉仪 聚酯膜 光学学报
2014, 34(11): 1106002
1 哈尔滨理工大学应用科学学院, 哈尔滨 黑龙江 150080
2 哈尔滨工业大学空间光通信技术研究中心, 哈尔滨 黑龙江 150001
环境的温度是影响运行于轨道中的光学天线系统性能的主要因素。当温度变化时，透镜和反射镜的曲率和镜组间隔会产生相应的变化，从而导致空间光单模光纤耦合效率的下降。假设温度只改变天线系统焦距，而不改变光束成像质量，针对反射式光学天线，建立了温度影响空间光单模光纤耦合效率的理论模型，并对其进行了理论仿真和实验研究。结果表明：实验和仿真结果相吻合，相对于理想情况下（离焦量为零），当温差增大2 ℃时，离焦量增大约52 μm，耦合效率下降约10%。此研究结果可为光学天线温控精度的提出提供理论依据。
光通信 单模光纤耦合 模式耦合 耦合效率 离焦 光学学报
2014, 34(10): 1006003
1 哈尔滨工业大学 航天学院, 哈尔滨 150001
2 哈尔滨理工大学 应用科学学院, 哈尔滨 150080
提出了一种针对星间激光链路反射式光学天线的非高斯畸变模型, 利用该模型研究了波前畸变对系统瞄准偏差的影响, 并且与高斯型波前畸变所得结果进行了对比。理论分析和仿真结果表明：对于高斯型和非高斯型畸变, 系统的瞄准偏差都会随着畸变范围的增大而增大, 随着畸变位置相对光束中心距离的增大先增大后减小。当畸变形状可以用其平均变化量来近似时, 随着畸变深度的变化, 瞄准偏差呈周期性变化趋势, 振荡周期峰值的包络与畸变形状有关；对于不能简单用均值变化量代替其形状的畸变, 随着畸变深度的增加, 瞄准偏差的变化不具有周期性。仿真结果显示:对口径为0.25 m的反射式光学天线, 当遮挡比为0.1时, 如果畸变范围超过0.01 m×0.01 m, 系统将会产生比较明显的瞄准偏差。
激光通信 瞄准偏差 非高斯模型 小波 波前畸变 泽尼克多项式 laser communications pointing error non-Gaussian model wavelet wave-front deformation Zernike polynomials
1 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨 150001
2 哈尔滨理工大学 应用科学学院,哈尔滨 150080
提出了一种针对反射式光学天线的简单椭圆高斯模型来描述局部波前畸变,研究了星间光通信中局部波前畸变对捕获精度的影响。理论分析和仿真结果表明:局部畸变半径、畸变深度以及畸变位置是影响捕获精度的主要因素;捕获偏差随着畸变半径以及畸变中心相对于光束中心的距离的增大而增大;随局部畸变深度的增加呈周期性振荡衰减变化,且振荡周期和峰值对应的畸变深度不依赖于其它畸变参数。对口径为240 mm的反射式接收天线系统,当遮挡比为0.15时,局部畸变引起的捕获偏差近似可达0.5 μrad。为了减小捕获偏差,所需的光学元件的加工精度应远高于0.25λ。
激光通信 捕获偏差 椭圆高斯模型 波前畸变 Zernike多项式 laser communications acquisition error ellipse Gaussian model wavefront deformation Zernike polynomials
