为了实现高平坦的自发辐射输出, 提出并设计了一种基于974nm泵浦源和高掺杂浓度掺铒光纤的平坦宽带光源。系统以泵浦波长974nm的激光二极管作为泵浦源, 先将泵浦光分为两路对掺铒光纤分级泵浦, 再将铒离子产生的自发辐射光合并输出, 并调节铒纤长度和泵浦功率对输出光谱进行优化。仿真结果表明: 泵浦功率为160mW, 两段掺铒光纤长度分别为7m和2m时, 可以在1530～1610nm得到带宽为80nm, 功率为20.348mW, 平坦度为±1.268dB的光谱输出。该系统在不额外增加滤波器且光纤总长小于10m的前提下, 实现平坦宽带输出, 有望在光纤传感系统中得到应用。

针对太空环境下在轨卫星内部次镜座结构的特殊性，为监测其温度状态，设计了一种金属基底的光纤光栅温度传感器来贴合次镜座使用。通过变换固定点距离，结合光纤温度传感原理以及弯曲栅区的应变状态，设计了结构小、质量轻且可同时多位置测量温度的基底结构。实验测试结果表明，该结构温度传感器中三个波段的线性度均达到了0.999，灵敏度分别为10.78，10.81和10.36pm/℃，同一温度下的中心波长波动在±3pm内，受外界应力影响较小，有良好的重复性。

针对变体飞行器变形机翼气动外形监测需求, 提出一种植入式柔性复合蒙皮形状光纤传感方法。通过将光纤光栅传感器植入硅胶薄层, 并与聚氯乙烯薄片组成复合蒙皮。建立柔性蒙皮形状传感系统, 采用光纤传感解调系统, 实验测得不同翼型下柔性蒙皮中光纤光栅反射谱特征及其变化规律; 计算出柔性蒙皮弯曲曲率, 并重建出柔性蒙皮变形三维形状; 采用数字摄影测量系统完成对比测试。研究结果表明: 柔性复合蒙皮变形光纤传感测量与数字摄影测试误差小于4.62%, 光纤传感灵敏度达到245.5 pm/m-1。验证了植入式光纤传感方法的有效性, 为变体飞行器变形机翼气动外形监测提供了参考。

提出了一种具有多波长可切换特性的掺铒光纤激光器,基于模场失配原理,利用无芯光纤结合保偏光纤构成一种光纤内马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构。通过调节MZI结构的曲率半径和偏振控制器,可得到稳定可切换的多波长掺铒光纤激光输出。输出多波长激光的最大波长间隔为40.184 nm,边模抑制比均大于50 dB。对输出激光的波长稳定性进行测试,在1 h内波长漂移量的最大值小于0.06 nm。研究结果表明,所提出的可切换多波长光纤激光器具有较大的输出波长范围和波长间隔、较高的边模抑制比及输出性能稳定等优点。

An optical fiber microdisplacement sensor based on symmetric Mach-Zehnder interferometer (MZI) with a seven-core fiber and two single-mode fiber balls is proposed. The rationality and manufacturing process of the MZI sensing structure are analyzed. The fabrication mechanism of the Mach-Zehnder sensor by CO2 laser is described in detail. Experimental results show that temperature sensitivities of the two dips are 98.65pm/℃ and 89.72pm/℃, respectively. The microdisplacement sensitivities are 2017.71 pm/mm and 2457.92 pm/mm, respectively. The simultaneous measurement of temperature and microdisplacement is demonstrated based on the sensitive matrix. The proposed Mach-Zehnder interference sensor exhibits the advantages of compact structure, simple manufacturing process, and high reliability.

面向生物医学智能装备和软体机器人等领域柔性机构以及高端装备和重大基础设施复杂结构的曲率测量需求, 提出一种高适应性柔性曲率传感器。通过将光纤布拉格光栅封装在硅胶基体中, 并将硅胶基体与聚氯乙烯薄片贴合, 形成基于光纤布拉格光栅的柔性硅胶曲率传感器。采用光纤传感解调系统和标准曲率标定块, 实验测得光纤光栅传感器反射谱特征及其随标定块曲率变化规律, 分析了光栅波长位移与曲率变化的关系以及传感器灵敏度与嵌入硅胶基体深度的关系。实验结果表明: 硅胶-聚氯乙烯基体的曲率传感器可以实现曲率变化实时测量, 最高灵敏度可达0.329 2 nm/m-1。随着光纤光栅嵌入深度的增加, 传感器灵敏度在0.2~0.35 nm/m-1范围内逐渐增大。在多次重复测量中传感器具有较好的一致性, 可用于柔性机构和复杂结构的曲率测量。

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器, 实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法, 分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写, 单个光栅栅区长度3 000 μm。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm; 选用长度为 3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质, 结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明: 激光器工作阈值为35 mW, 通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出, 激光3 dB线宽0.05 nm, 边模抑制比大于35 dB; 实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试, 10 min内最大功率波动小于0.98 dB; 通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出, 在10 min监测时间内, 输出激光功率变化分别小于1.14 dB和 4.48 dB。

针对传统仿生视觉系统中目标图像获取单一性问题, 提出一种仿人眼自适应调节的多光谱视觉成像技术。首先, 通过改进的自动调焦算法使成像系统同时采集可见光高分辨率图像及近红外低分辨率图像。然后, 对于多光谱成像系统中由于分光棱镜折射率不同导致的在固定焦距下, 可见光和近红外图像清晰度有所不同的问题, 采用改进的二代小波变换进行近红外图像增强, 提高图像对比度, 改善视觉效果。最后, 搭建基于液体变焦透镜的多光谱实验系统验证自动调焦算法及图像增强算法的实际性能。实验结果表明: 系统完成有效自动调焦的平均用时为756 ms。同时,近红外图像增强后其灰度方差函数值提高了79.4%, 解决了对比度低和细节模糊的问题, 最终实现自适应调节。