作者单位
摘要
1 流体动力基础件与机电系统全国重点实验室,浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310027
2 极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
3 萨本栋微米纳米科学技术研究院,厦门大学机电工程系,福建 厦门 361102
柔性微纳传感器的新兴发展对先进制造技术提出了更高要求。其中,激光融合制造充分集成激光增材、等材、减材加工形式,凭借高精度、非接触、机理丰富、灵活可控、高效环保、多材料兼容等特点突破了传统制造在多任务、多线程、多功能复合加工中的局限,通过激光与物质相互作用实现跨尺度“控形”与“控性”,为各类柔性微纳传感器的结构-材料-功能一体化制造开辟了新途径。本文首先分析激光增材、等材与减材制造的技术特点与典型目标材料,展示激光融合制造的技术优势,接着针对近年来激光融合制造在柔性物理、化学、电生理与多模态微纳传感器中的典型应用展开讨论,最后对该技术面临的挑战以及未来发展趋势进行了总结与展望,通过多学科交叉互融,开辟柔性微纳传感器制造新路径,拓展激光制造技术的应用场景。
激光融合制造 激光-物质相互作用 微纳制造 柔性电子 柔性微纳传感器 hybrid laser fabrication laser-matter interactions micro and nano-fabrication flexible electronics flexible micro-nano sensors 
中国激光
2024, 51(4): 0402403
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术教育部重点实验室,天津市光纤传感工程中心,天津 300072
现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展,有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。
传感器 分布式光纤传感 准分布式光纤传感 气体传感 折射率传感 生化传感 sensors distributed optical fiber sensing quasi-distributed optical fiber sensing gas sensing refractive index sensing biochemical sensing 
光学学报
2024, 44(1): 0106015
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量,是提高传感性能的一个重要技术途径。因此,编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展,阐述了编码技术提高传感性能的技术原理,归纳了不同编码方案的设计和实现方法,分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后,对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。
传感器 分布式光纤传感器 编码技术 光纤瑞利传感器 光纤布里渊传感器 光纤拉曼传感器 光纤弱光栅阵列传感器 sensors distributed optical fiber sensor coding technique fiber Rayleigh sensor fiber Brillouin sensor fiber Raman sensor weak fiber Bragg grating array sensor 
光学学报
2024, 44(1): 0106013
作者单位
摘要
1 华中科技大学光学与电子信息学院,下一代互联网接入系统国家工程研究中心,武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学未来技术学院,湖北 武汉 430074
分布式光纤传感器以光纤作为传输和传感融合的介质,具有高灵敏、全分布、大尺度、高分辨的独特优势,近年来受到多个应用领域研究人员的关注并逐步进入产业化。然而,现有普通单模光纤在传感信噪比与稳定性等方面仍存在局限性。以散射增强微结构特种光纤为传感载体,研究其分布式传感增效机理,介绍了其自动化、高效率刻写制备技术,并重点阐述了其分布式光纤传感技术研究进展与相关应用。进一步对散射增强微结构传感光纤的未来发展潜力及应用方向进行了展望。
传感器 分布式光纤传感 散射增强光纤 分布式声波传感 光频域反射技术 sensors distributed fiber optic sensing scattering enhanced fiber distributed acoustic sensing optical frequency domain reflectometry 
光学学报
2024, 44(1): 0106008
黄麟景 1周霄 2,3樊昕昱 1,*王峰 2,3,**[ ... ]何祖源 1
作者单位
摘要
1 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
2 南京大学智能光感知与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210023
3 南京大学现代工程与应用工程学院,江苏 南京 210023
为了解决传统分布式光纤传感系统只针对单一变量进行测量的问题,研究人员近年来结合多种光纤传感测量机理,提出了一系列多机理融合的分布式光纤传感系统,使用同一系统实现多种参量的测量。综述了近年来多机理融合的分布式光纤传感技术,从不同散射机理相互结合的角度进行分类,介绍了不同的多机理融合的分布式光纤传感系统及其性能指标,并对其进行总结对比,最后展望了多机理融合的分布式光纤传感技术的发展前景。
传感器 光纤散射 多机理 光纤光学 光纤传感 sensors fiber scattering multi-mechanism fiber optics fiber-optic sensing 
光学学报
2024, 44(1): 0106007
南雪莹 1,2刘会刚 1,2,*刘海涛 3,4,**
作者单位
摘要
1 南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心,天津 300350
2 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系,天津 300350
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所,天津 300350
4 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU-1,优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃-1和42.71 pm·℃-1
传感器 Fano共振 全介质超表面 折射率传感 温度传感 sensors Fano resonance all-dielectric metasurface refractive-index sensing temperature sensing 
中国激光
2024, 51(2): 0210002
党竑 1,2马彬 1,3高超 1,3祖文龙 1,3[ ... ]沈平 2,4
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 211106
2 南方科技大学电子与电气工程系,广东 深圳 518055
3 高速载运设施的无损检测监控技术工信部重点实验室,江苏 南京 211106
4 鹏城实验室,广东 深圳 518055
5 智能光传感与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210023
针对光频域反射(OFDR)分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中,参考光谱与测量光谱间的相似度(SD)退化及由此造成的鲁棒性下降的问题,本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型,发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差(PoD)。基于对PoD的统计学分析,建立了参考和测量光谱间SD的评价体系,并提出一种基于卡尔曼预测和局部寻优的传感单元随机PoD补偿方法,实现了参考和测量光谱位置的高效、精准匹配。本文所提方法能够在50 m的传感光纤上以5 mm的空间分辨率实现大量程传感(最高温度~450 ℃,最大应变~10000 με),且兼顾高鲁棒性和高速度(计算量可降低到原来的5.8%~28.6%)。这些优点使该方法能够广泛应用于现有的光频域反射分布式光纤传感系统。
光纤传感器 分布式传感 光频域反射计 卡尔曼预测 optical fiber sensors distributed sensing optical frequency domain reflectometers Kalman prediction 
光学学报
2024, 44(1): 0106016
作者单位
摘要
燕山大学电气工程学院测试计量技术与仪器河北省重点实验室,河北 秦皇岛 066004
在波导耦合表面等离子体共振传感器结构中引入MoS2材料,提出了一种全介质MoS2薄膜混合耦合波导结构传感器,该结构使得低品质因数(FOM)波导中产生了频域较宽的宽共振,而高FOM波导中产生了频域较窄的窄共振,实现了双波导耦合,进而产生了Fano共振。对传感结构进行了数值模拟与分析研究,探究了MoS2层数及各结构参数对传感性能的影响,并依据其影响将两波导厚度、相邻两层介质材料厚度、MoS2层数作为输入参数,将FOM值作为输出参数,建立了基于深度极限学习机的优化算法。利用优化算法对权值参数进行优化,对比不同优化算法对光谱的优化能力,最终得到了GWO-DELM预测模型。结果表明,Fano形状可以通过改变结构参数进行动态调控。在最佳条件下,经过优化算法优化后的Fano共振的FOM值高达50000。
传感器 Fano共振 MoS2薄膜 双波导耦合 GWO-DELM sensors Fano resonance MoS2 film dual-waveguide coupling GWO-DELM 
中国激光
2024, 51(2): 0213002
作者单位
摘要
1 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏 徐州 221116
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
3 安徽师范大学地理与旅游学院,安徽 芜湖 241000
通过分析多角度偏振成像仪(DPC)的后验误差,测试DPC的气溶胶反演效果,为算法改进提供支持。使用GRASP(generalized retrieval of aerosol and surface properties)算法在同等条件下对DPC和POLDER(polarization and directionality of the earth's reflectance)数据进行反演,分析两种传感器的强度(RI)和偏振(RP)的反演残差及气溶胶光学厚度(AOD)误差;讨论山区和非山区AOD的反演精度及加入偏振信息对反演的改进。在多数波段,DPC的AOD反演精度接近POLDER,但在865 nm波段二者有较大正向偏差;RI@565、RI@865及RP@865的绝对值较大且较为离散;非山区上空DPC与POLDER反演精度接近,但在山区二者均出现系统性偏高,DPC尤为明显;偏振信息的加入可以有效改善仅强度条件下的反演结果;扣除干扰因素,非山区上空AOD@670落入期望误差范围的比例为63.7%,相关系数为0.828。
遥感与传感器 气溶胶 偏振 多角度偏振成像仪 remote sensing and sensors aerosol polarization directional polarimetric camera 
光学学报
2023, 43(24): 2428007
谭智强 1,2卜令兵 1,2,*杨彬 1,2
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学大气物理学院中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心,江苏 南京 210044
研制了一套使用种子源直接放大激光器和时分复用收发的新型瑞利多普勒激光雷达。激光器通过对种子源进行多级光纤和固体功率放大,获得了稳定的60 W高平均功率脉冲激光输出。脉冲激光通过时分复用发射系统向垂直、正西和正北方向交替发射进入大气,从三个方向接收到的激光大气回波信号经过光纤合束后送入同一套碘分子吸收池中进行多普勒鉴频。基于上述系统设计开展了系统探测性能仿真研究和实验验证对比分析,仿真结果表明,系统能够在时间分辨率为30 min、垂直高度分辨率为1 km条件下完成大气温度和经纬向水平风速的同步测量,其中60 km高度处温度理论测量误差为1.99 K,经纬向水平风速理论测量误差为4.78 m/s。系统的验证实验结果表明,60 km高度处大气温度的实测误差为2.4 K,经纬向水平风速的实测误差分别为8.7 m/s和 8.5 m/s,反演结果与大气模式和卫星探测结果进行对比呈现了较好的一致性。
传感器 激光雷达 中高层大气 瑞利散射 碘分子吸收池 多普勒效应 sensors lidar middle and upper atmosphere Rayleigh scatter iodine molecular absorption cell doppler effect 
光学学报
2023, 43(24): 2428001

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