提出并搭建了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体结合Sagnac环的被动调Q掺铒光纤激光器，对其输出激光特性进行实验研究。采用光沉积法制备了单壁碳纳米管可饱和吸收体，其透射率为75%。基于单壁碳纳米管的可饱和吸收特性，搭建调Q激光器，实现谐振腔Q值调节。将Sagnac环形滤波器插入光纤环形腔，Sagnac环结构产生的滤波效应可以对调Q脉冲实现精细度滤波，该激光器工作阈值为800 mW。当泵浦功率为830 mW时，激光器可实现稳定的1 530.4 nm激光输出，输出功率为12.3 mW，重复频率为210.7 kHz，对应的脉冲周期为4.76 μs，脉冲宽度为2.19 μs，其最大脉冲能量为58.37 nJ。

提出了一种基于M-Z结构的可调谐掺铒光纤随机激光器,并对随机激光输出过程、随机激光的波长可调谐输出以及随机激光的稳定性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将两个2×2光纤耦合器进行熔接,构成全光纤M-Z滤波结构。实验结果表明,激光器的阈值功率为120 mW,调整可调谐衰减器改变增益损耗,实现波长可调谐输出,其中单波长输出分别为1 554.4,1 555.2和1 556.3 nm,信噪比达到31.65 dB;双波长输出分别为1 525.9,1 556.2和1 531.6,1 556.2 nm,信噪比优于21.92 dB;三波长输出分别为1 527.4,1 546.9,1 551.6和1 526.9,1 530.0,1 549.8 nm,信噪比优于20.10 dB;四波长输出为1 525.9,1 530.1,1 547.9和1 552.3 nm,信噪比优于18.95 dB;其中单波长和双波长的功率波动分别优于1.65和1.99 dB;激光器斜率效率为0.627%。

提出了一种基于单模-多模-单模(SMS)光纤干涉结构级联光纤布拉格光栅(FBG)的光纤微结构温度应变双参数测量传感器, 并对其应变特性、温度特性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将长度为35.5mm的多模光纤熔接在两段单模光纤之间, 构成SMS光纤干涉结构, 并通过级联FBG制成温度应变双参数测量传感器。结果证明, 在200~2000με应变范围内, 单模-多模-单模干涉结构和FBG的应变灵敏度分别为-2.31和1.22pm/με, 线性度分别达到0.9992和0.9994; 在580~700℃温度范围内, 其温度灵敏度分别为58.79和13.64pm/℃, 线性度分别达到0.9967和0.9982, 可实现温度、应变双参数的同时测量。

针对四旋翼无人机视觉伺服过程中易受到干扰的问题, 利用积分反步滑模控制方法设计基于图像的四旋翼无人机视觉伺服抗干扰的非线性控制器。选择图像矩作为特征, 利用虚拟相机平面改进存在模型不确定和外部干扰的动力学模型。针对难以直接测量的虚拟平面的线速度, 通过反步法设计线速度估计器, 提高了控制的准确性。通过Lyapunov理论证明了所提出的全局积分反步滑模控制器的稳定性。仿真实验结果证明了设计的控制器的有效性和鲁棒性。

针对啁啾光纤光栅的带通滤波特性, 设计了纤芯/包层复合结构的啁啾光纤光栅滤波器。基于光纤耦合模和传输矩阵理论及坐标变换方法, 对其光谱特性进行仿真分析, 验证了该光栅的双带通滤波特性; 对周期为536、537、538nm, 长度为8、10、12mm, 折射率调试深度为0.0002、0.0003、0.0004, 啁啾系数为0.05、0.10、0.15nm/cm的该结构光栅进行光谱模拟, 证明中心波长随周期增大而增大; 半峰宽度随长度、调制深度、啁啾系数增大而变宽; 反射率峰值随啁啾系数增大而降低, 随调制深度增大而升高。上述研究证明了该结构光栅具有双带通滤波特性, 且幅值带宽可调。

提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波, 结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频, 实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验, 实现了单波长激光输出的温度传感测量。泵浦源输出功率为219 mW时, 实现了1 555.25 nm单波长激光输出, 3 dB线宽为0.06 nm, 边摸抑制比为47.05 dB。实验中对1 555.25 nm单波长激光进行稳定性测试, 10 min内激光输出功率变化为0.59 dB。利用温度加热平台对啁啾光纤光栅进行升降温实验, 升温过程温度灵敏度为12.59 pm/℃, 线性度为0.998 6, 降温过程温度灵敏度为12.58 pm/℃, 线性度为0.998 3。不同温度条件下对激光进行稳定性测试, 在10 min监测时间范围内, 50 ℃和300 ℃激光输出功率变化分别为0.27 dB和0.09 dB。

针对纤芯包层复合结构光纤布拉格光栅(FBG)制备难度较大的问题, 文章首先分析了复合结构FBG的结构特征, 然后从光纤耦合模理论出发, 利用Rsoft结合Matlab软件分别模拟了单独存在的纤芯、包层光栅以及复合结构光栅的反射光谱, 并且通过改变光栅周期、栅区长度以及调制深度, 对复合结构FBG的反射光谱特性进行了仿真分析。仿真结果表明, 光栅周期为541 nm并固定其他参数时, 单独的纤芯与包层光栅中心反射波长分别为1 563.4和1 558.0 nm, 复合结构光栅获得了具有相同中心波长的双峰反射光谱; 复合结构光栅的光栅周期、光栅长度和调制深度会对反射谱的中心波长、强度与半高宽度造成规律性的影响。研究结果可以给光栅刻写与应用提供参考与理论支撑。关键词:

针对传统位移传感器测量精度低、量程小和稳定性不足的问题，文章提出并实现了一种基于变栅距光栅的位移传感器，进行位移特性测试并重点分析了测量过程中的误差问题。实验中将变栅距光栅置于电动位移平台上，通过调节平台位移控制光斑入射位置，建立光栅位移与反射光谱一级衍射中心波长之间的相关关系，实现波长对位移的编码。平台移动范围为0~20 mm，步长为2 mm，往返重复测量6次，记录各位移点处的中心波长，标定传感器的位移特性。针对各位移点重复测量产生的中心波长数据进行误差分析，采用贝塞尔公式结合别捷尔斯法分析各点多次测量数据的标准差，并结合莱以特（3σ）准则进一步判定数据的可靠性。实验结果表明，该传感系统无系统误差和粗大误差；波长与位移呈线性变化，多次重复线性度优于0.994 6，传感器全量程平均位移灵敏度为16.67 nm/mm，为基于变栅距光栅位移传感系统的研究提供了一定的参考。

为了在测量NaCl溶液浓度的同时实现对温度的监测, 提出了一种基于马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)级联法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer, FPI)的干涉型传感器。在单模光纤上通过熔融放电制作出一对腰锥直径155 ?滋m、间隔1.5 cm的MZI, 其对比度为10 dB、周期29.85 nm; 在MZI尾纤的一端与光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)相对熔接并在距熔接点176 ?滋m处将PCF切平, 形成对比度为8 dB、周期为5.71 nm的FPI。实验选取1 535~1 555 nm波段MZI和FPI的干涉波谷特征波长, 在0~150 ℃的温度和0%~24%的NaCl溶液浓度变化范围内测得MZI的温度和折射率灵敏度分别为50 pm/℃和9.97 nm/RIU, 线性度均大于0.97; 而FPI的波谷特征波长对折射率不敏感, 温度灵敏度约为8.3 pm/℃, 线性度为0.98。最后, 通过构建温度-浓度函数关系矩阵得出了对温度和NaCl溶液浓度的灵敏度矩阵。该干涉型传感器对温度和NaCl溶液浓度表现出良好的灵敏度和线性度, 可实现上述双参数的同时测量。