1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024
3 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
为了探索一种高灵敏折射率传感器，基于CO2激光技术制备出双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）。首先，利用CO2激光器在腐蚀包层后的传统单模光纤和80 μm弯曲不敏感光纤上制备出周期分别为196 μm和73 μm的双峰谐振LPFG，证明了采用CO2激光微加工技术在单模光纤上制备短周期LPFG的可能性。其次，利用CO2激光器直接在2种80 μm单模光纤上制备出周期分别为110 μm和115 μm的双峰谐振LPFG。实验结果表明：在2种80 μm单模光纤上制备的LPFG具有谐振损耗大，插入损耗小和折射率灵敏度高等优点。基于以上优点，采用CO2激光技术制备的双峰谐振LPFG在生物、化学及环境参数检测等重要领域的应用具有较大潜力。同时，也提供了一种操作简单、低成本制备双峰谐振LPFG的方法。
光纤光学 长周期光纤光栅 双峰谐振 CO2激光技术 折射率 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506009
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
980 nm半导体激光器作为掺铒光纤放大器的最佳泵浦源，其温度会影响激光器功率稳定性和放大器输出光谱漂移。提出将现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制元件，以半导体制冷器为执行元件、热敏电阻为温度传感器，利用FPGA自动切换内部状态机、控制流入半导体制冷器电流的方向和大小，实现980 nm半导体激光器内部的温度控制，并通过搭建基于FPGA的掺铒光纤放大器系统实验装置，验证所提方法的可行性。实验结果表明：所提出的温度控制方法能有效地实现980 nm半导体激光器的温度控制，使其功率-电流曲线的线性拟合度提高了23.07%，掺铒光纤放大器的输出光谱波长偏移减小了62.5%，保证了激光器输出功率及放大器输出波长的稳定性。该方法的结构简单且实时性高，对推进半导体激光器温度控制的发展及应用具有非常重要的意义。
激光器 980 nm半导体激光器 温度控制 现场可编程门阵列 状态转换机
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 空装驻太原地区军事代表室，山西 太原 030006
结合笼形分子（Cryptophane-E）对甲烷气体的选择性吸收特性，提出了一种基于双层薄膜的高灵敏度长周期光纤光栅（LPFG）甲烷体积分数传感器。通过减小包层直径使低阶包层模式LP06工作在色散转折点（DTP）附近，并在光纤表面涂覆厚度经过优化的TiO2薄膜，以确保包层模式LP06在模式转换（MT）区内与纤芯模式LP01耦合，从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。由于甲烷气体分子会改变最外层Cryptophane-E薄膜的材料折射率，进而改变包层模式的有效折射率，因此通过监测共振波长的移动即可实现对甲烷气体体积分数的测量。在DTP和MT效应的共同作用下，当甲烷气体体积分数从0%变化到3.5%时，所提的LPFG传感器平均灵敏度高达249.6 nm/%。此外，针对本传感器在不同甲烷体积分数下的非线性响应特征，设计了反向传播（BP）神经网络信号解调算法。研究结果表明：在甲烷气体体积分数变化范围内，其最大预测误差为0.008%，该传感器良好的性能使其在煤矿安全监测等领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 甲烷体积分数 长周期光纤光栅 色散转折点 模式转换 反向传播神经网络 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706009
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，山西 太原 030024
基于紫外-可见光谱技术，设计了一种可用于水质参数溶解氧（COD）实时在线检测的系统，介绍了系统的测量原理和总体结构（光路和电路）的设计。通过对水体COD的检测，测得了COD溶液的光谱数据，利用光谱数据建立了PLS算法预测模型和电压解算模型，并对两种模型的预测精度进行了对比。同时考虑到水体中的环境干扰因素，重点分析了浊度、温度对COD测量结果的影响，并对所构建模型进行了补偿和校正，提高了系统的检测精度。实验结果表明，相比传统的水质COD检测方法，该系统实现了快速、高精度和实时在线检测的目的。
紫外光谱 水质检测 实时在线 偏最小二乘回归 电压解算 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0130001
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制山西省重点实验室, 山西 太原030024
通过分析光纤布拉格光栅(FBG)光谱响应和指数衰荡的动态变化,探究内置FBG光纤环形衰荡腔的温度传感系统性能。建立FBG环形衰荡腔的理论模型,研究FBG透射谱中心波长与指数衰荡时间随温度的变化及其动态的演变过程,搭建1551.13 nm脉冲激光的FBG环形衰荡腔温度传感系统对其进行了实验验证,数值模拟结果与实验结果相吻合。实验结果表明,所提系统在低温环境-40 ℃下有良好的重复性、稳定性,测量分辨率高达0.05 ℃,温度灵敏度为0.02501/(μs?℃),FBG中心波长的灵敏度为0.00248/(μs·pm)。
光纤光学 光纤布拉格光栅 光纤环形衰荡腔 温度传感 中心波长 光学学报
2020, 40(10): 1006003
1 太原理工大学 1. 物理与光电工程学院
2 2. 新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 太原 030024
利用负温度系数(NTC)热敏电阻和LTC2983模数转换芯片搭建了温度测量系统, 基于此系统提出了一种温度残差补偿热敏电阻经验公式的标定方法。实验结果表明, 多个热敏电阻的标定温度拟合残差绝对值小于0.10K, 基本能够满足科研及工程领域对热敏电阻检测精度的要求。该系统在黑龙江漠河北极村段进行了安装和采集实验, 通过温度数据获知了河流冰层变化的基本情况, 证实了所提热敏电阻标定方法具有实际应用价值。
热敏电阻 温度 检测 标定 拟合 误差 thermistor temperature detection calibration fitting error
1 太原理工大学 物理与光电工程学院
2 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
采用传输矩阵法分别模拟了缺陷层厚度、入射角度和膜厚微扰的变化对含空气缺陷的一维光子晶体滤波特性的影响.研究表明:对于空气厚度可调结构,在考虑色散的情况下,空气厚度每增加2 nm透射波长相应向长波方向移动约2 nm,二者基本呈1 :1的线性关系;对于入射角度可调结构,与正入射相比较,入射角度从0°到89°变化时,其全角度禁带分别减小了105 nm(TE模)、600 nm(TM模),TM模禁带受角度的变化影响较大;入射角从0°分别变化到16.9°(TE模)、17.0°(TM模)时实现C波段的可调滤波.同一周期内,两种材料的模厚误差的相互弥补,能够实现小范围的膜厚扰动不敏感,缩小实际滤过峰值与理论值的偏差,可降低制备光子晶体的难度.
一维光子晶体 传输矩阵法 可调谐光滤波器 膜厚微扰 光子禁带 透射谱 One-dimensional photonic crystal Transfer matrix method Tunable optical filter Thickness perturbation Photonic bandgap Transmittance spectra
