自聚焦透镜在全固态激光器中的应用

全固态激光器被广泛应用于光学传感、干涉测量、微波光电子等重要领域。为了分析自聚焦透镜在全固态激光器中的应用,本文介绍了LD光纤耦合端面泵浦Nd:YAG激光系统组成,利用自聚焦透镜的传输矩阵,根据ABCD公式,采用q参数,理论分析了自聚焦透镜对LD泵浦光束的传输特性。建立了LD端面泵浦固体激光系统,研究了泵浦光与振荡激光的模式匹配程度对激光器输出特性的影响。研究表明,自聚焦透镜用作全固态激光器泵浦光的耦合镜,可简化泵浦系统,提高泵浦光的耦合效率。     

自聚焦光纤数值孔径的数学表达与测试

从自聚焦光纤中光线轨迹的特点出发，系统分析了自聚焦光纤透镜的数值孔径的数学表达式，得出了自聚焦光纤的数值孔径是自聚焦光纤透镜棒长Ｌ的周期函数，这是区别于一般透镜和普通光纤数值孔径的重要结论。并通过１４周期的自聚焦透镜棒的测试及１∶１成象方法的测试验证了所推导的公式。     

1/4节距自聚焦透镜与石英传象光纤组成的纤维窥镜的设计

1/4节距自聚焦透镜是石英传象光纤的理想物镜,它们可组成质量好、体积小、结构紧凑、易于安装的光纤窥镜系统.本文分析了1/4节距自聚焦透镜在石英传象光纤成象系统中的成象原理,讨论了系统的视场、景深以及透镜与光纤的数值孔径的匹配等问题,得出了相应的数学公式,可供系统设计参考,以获得光纤传输的最佳效果。     

波分复用器件自聚焦透镜耦全系统的优化设计

利用光纤矩阵方法和高斯光学的耦合损耗理论,对波分复用器件的自聚焦透镜耦合系统进行了分析,得出了一种优化设计耦合系统的分析和计算方法.结合计算结果的曲线,分析了耦合系统中透镜长度对耦合损耗的影响,提出了通过调整入射单模光纤与自聚焦透镜粘接的角度来减小耦合损耗的新方法.     

波分复用器件自聚焦透镜耦合系统的优化设计

利用光纤矩阵方法和高斯光学的耦合损耗理论，对波分复用器件的自聚焦透镜耦合系统进行了分析，得出了一种优化设计耦合系统的分析和计算方法。结合计算结果的曲线，分析了耦合系统中透镜长度对耦合损耗的影响，提出了通过调整入射单模光纤与自聚集透镜粘接的角度来减小耦合损耗的新方法。     

机载合成孔径雷达运动补偿分析及实现

根据机载合成孔径雷达(SAR)运动补偿的特点，分析影响基于惯性导航系统运动补偿效果的主要因素，论述并实现相位梯度自聚焦算法(PGA)．采用惯导补偿和自聚焦算法相结合的补偿手段，先利用惯导数据做粗补偿，补偿高频运动误差；再利用自聚焦算法进行精补偿，补偿剩余的低频运动误差．自聚焦算法采用可补偿任意阶相位误差的PGA算法．对SAR图像用PGA算法进行了自聚焦处理，试验结果验证了算法的有效性．     

光纤准直器结构研究与设计

从理论上对自聚焦透镜进行了分析，并论述了光在自聚焦透镜中的传播规律。进而提出了光纤准直器的设计结构，并通过实验验证，利用这种方法设计的光纤准直器具有低的插入损耗和高的回波损耗，能成功用于光环行器中。     

自聚焦透镜在光纤准直器中的应用分析

分析了自聚焦透镜在光无源器件———光纤准直器中的应用,讨论了自聚焦透镜和光纤之间的耦合及光纤准直器之间的耦合,计算并测量了光纤准直器的损耗,提出了改进办法.     

半导体激光器与单模光纤的耦合研究

对半导体激光器与单模光纤的耦合问题进行了研究。文中对采用自聚焦透镜对及采用薄透镜与自聚焦透镜组合来提高耦合效率的方案进行了理论分析，导出了各自方案中各组件的最佳空间位置，并给出了相应的实验结果。     

自聚焦成象透镜

本文从光学成象理论分析了自聚焦透镜的原理,对日本板硝子(株)研制的自聚焦透镜列阵(SLA)的类型及特性进行了介绍,文章对自聚焦透镜的光学参数和外形尺寸计算方法作了讨论,并且对自聚焦透镜列阵的成象质量和测量方法进行了分析,文末提出了自聚焦透镜列阵在复印机设计和装配调整工作上允许接受的误差范围。     

双马赫-曾德尔分布式光纤扰动监测系统设计

为解决扰动监测系统定位精度低的问题, 基于对光纤马赫-曾德尔干涉的研究, 设计了改进型双马赫- 曾德尔分布式光纤扰动监测系统。 利用双马赫-曾德尔光纤传感系统光程差定位原理, 通过互相关算法估算光 程差导致的时间差确定扰动点。 淹没于高频噪声的扰动信号经自主设计的信号预处理电路, 采用低通巴特沃 斯滤波器滤除 3. 3 kHz 以上高频噪声, 通过嵌入式采集与处理模块对得到的数据进行平滑滤波, 提高了扰动信 号的相关性, 有效减小了定位误差。 通过多次重复测试和数据分析结果表明, 系统定位误差约为10 m, 可用于 扰动实时监测。     

矿井下分布式光纤定位精度及感测距离研究

煤矿井下分布式光纤定位系统通常采用双Mach-Zehnder 干涉仪分布式光纤振动传感技术,针对该技术存在感测距离短、系统空间分辨率低等问题,采用两个分布反馈( DFB: Distributed Feedback) 激光束和密集波分复用( DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing) 的非对称双Mach-Zehnder 干涉仪的分布式光纤振动传感技术,通过奇异值分解( SVD: Singular Value Decomposition) 算法进行降噪处理,并提出基于SVD 的互相关时延算法。实验证明,该算法能有效提高定位精度和感测距离,当感测距离为61 km 时,定位误差为51． 2 m。当矿井灾难发生时,能对被困人员精准定位,保障了有效救援时间。     

基于相关光谱和差分检测的气体传感系统

基于相关光谱和差分检测技术提出了一种新型的光纤气体传感系统,实现了对微量气体的高灵敏度、高准确度、实时在线检测.首先对该系统进行了详尽的理论分析,然后在合理选择实验器件的基础上搭建了一个光纤气体传感系统,测量乙炔气体的体积分数.该系统不仅消除了光强波动及待测气体中杂质气体的干扰,而且也避免了周围环境中噪声和杂散光的影响.实验结果表明,系统的分辨力可达0.5‰,测量灵敏度为6.62μV,最大绝对误差为0.15‰,相对误差为7.5%,稳定性为2.27%,重复性误差为0.817%.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

光纤复合式变压器电磁线的温度检测精度分析

针对目前大型变压器内部温度场精确测量的需求,为提升传统光纤测温的感知范围与测量精度,设计了一种光纤复合式变压器绕组测温方案,对于绕组与光纤之间各个部件的热量传递进行了建模,并采用有限元法对光纤测量的精度进行了数值计算。通过理论对比分析可知,根据所建立的热路模型由光纤测量温度可反推绕组附近绝缘纸等部件的精确温度,误差可控制在合理范围内,进一步提升了光纤测温的准确度与感知范围。     

DWDM系统传输容量分析

采用波分复用技术和光纤放大器是增加光纤系统传输容量的有效方法.本文对1.55μm波长用普通单模光纤和多级光纤放大器的波分复用系统,由色散补偿光纤补偿单模光纤色散,通过保持光纤放大器的输出功率小于饱和功率来限制光纤放大器的非线性和光纤的非线性效应.对波分复用系统中波道间串话和信噪比进行了分析和计算,得到了在波道间距和光滤波器带宽优化选择时的波道间串话和信噪比随复用波道数及级联光纤放大器数的关系曲线,并计算得到每个波道信号速率为10Gb/s的密集波分复用系统的传输容量.     

六边形结构光子晶体光纤的色散特性研究

为解决传统色散补偿光纤补偿带宽小及所需光纤长度大的问题, 利用平面波展开法, 通过改变空气孔孔径及分布周期得到不同结构光纤的色散曲线, 为色散补偿光纤的制作提供理论依据。研究结果表明, 对于普通六边形结构光子晶体光纤, 减小空气孔孔径及增大空气孔分布周期可减小短波段光信号的色散值, 同时长波段光信号色散值随之增大。引入双芯结构后, 在长波段可产生大负色散, 并且通过减小空气孔分布面积能使色散曲线趋于平坦, 可作为宽带色散补偿光纤。     

自参考式光纤气体传感数据处理方法

气体检测是光纤传感领域的一大研究热点．在强度吸收型气体传感系统中,吸收致光强变化的检测直接影响到气体浓度的解调精度．以内腔吸收式气体传感系统为例,采用自参考式数据处理方法实现气体吸收谱线的自动识别与浓度解调．根据朗伯．比尔（L-B）定律,理论推导了光强检测误差对浓度解调误差的影响．采用自参考式浓度解调算法,提取了乙炔气体的吸光度曲线,并从理论和实验2方面计算了气体吸收峰的吸光度．分别采用自参考式和预参考式解调算法,再结合2种不同的拟合线型,计算了500组实验数据中9条乙炔气体吸收谱线的吸光度．结果表明,采用自参考式解调算法．Lorentzian拟合时解调误差最小且不超过250×10^-6．再结合波长扫描理论,浓度传感的解调精度可得到进一步提升．     

采用分布式光纤传感技术的土坝模型渗漏监测分析

建立了采用分布式光纤传感技术的模拟堤坝渗漏监测系统,用来人工模拟土坝渗漏,并得到该种情况下测试光纤长度上的应变图,验证了采用分布式光纤传感技术监测土坝的可行性;运用ANSYS软件建立与试验模型相对应的有限元分析模型,通过选择合适单元,简化边界条件,对一定的工况进行加载分析,得出载荷与应变的关系,以及载荷与塌陷土层重量的关系。文中方法和结论有助于进一步定量研究土坝渗漏大小程度和光纤传感器的合适埋设深度。     

菲涅尔全息型波分复用器的初步设计与制作

提出一种利用离轴全息菲涅尔透镜制作全息型波分复用器的新方法.全息菲涅尔透镜具有会聚和色散两种功能,因此在光纤通信的波分复用元件中存在巨大的应用潜力.此种元件的主要优点为节省辅助元器件,并且成本低.阐述了波分复用器的设计原理和制作方法,其工作的中心波长为1550nm,信道间隔为2nm.通过理论分析证实制作的元件满足光纤通信系统的要求.给出了初步的实验方法、实验结果并进一步讨论了应改进的方案.