为了解决热作模具表面磨损并导致失效的问题,基于ANSYS APDL软件,采用数值模拟的方式在热作模具上施加高斯热源,并利用生死单元法将H13合金粉末进行熔覆。通过温度场和应力场对工艺参数进行优化选择,对优化后的工艺参数进行实验验证,并对涂层进行了性能检测。结果表明,所选参数范围内的模拟最优参数为激光功率1200 W,扫描速率12 mm/s,模拟结果与实际涂层的形貌和温度分布较为接近; 数值模拟中的热影响区以及结合区与实验制备的结果高度一致; 测量熔覆层的深度为0.13 mm,与模拟得到的深度为0 mm~0.2 mm相应证,进一步说明了模拟结果的可靠性; 熔覆层的硬度以及耐磨性得到极大的提升,分别是基体的3倍和28倍以上。此研究结果为强化和修复热作模具提供了参考。
激光技术 激光熔覆 数值模拟 温度分布 显微组织 性能分析 laser technique laser cladding numerical simulation temperature distribution microstructure performance analysis
华中科技大学武汉光电国家研究中心，光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
提出一种基于自外差探测技术的相干光载射频信号传输系统，可以借助自外差探测技术实现光学上变频。在该系统中，4个低频信号被上变频为高频毫米波信号，且在远端射频单元无需进行任何数字信号处理(DSP)。分析了对称边带串扰产生的原因并提出了在发射端消除边带串扰的方法。实验验证了通过在发射端使用4路独立、载频为10 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM射频信号和一个载频为20 GHz的单音信号，可以在接收端产生4路独立、载频为30 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM毫米波信号。在接收端不使用任何数字补偿算法的情况下，这4路毫米波信号经过50 km标准单模光纤传输后的误差矢量幅度(EVM)值均低于12.5%的阈值，复合速率达到25.6 Gbit/s。此外，发射端的数模转换采样率可以降至24 GSa/s，有效降低了系统的成本和复杂度。
光通信 模拟光载射频 毫米波通信 自外差相干探测 光学上变频 对称边带串扰 中国激光
2022, 49(12): 1206005
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实验室&武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430074
分布式光纤布里渊传感器可以测量上百公里光纤上每一点的温度和应变，被应用于桥梁、隧道、输电线路和油气管道等国家重大工程的状态监测。布里渊传感的核心是测量与光纤温度和应变相关的布里渊频移，一般通过测量光纤的布里渊信号谱来得到。布里渊谱的谱线理论上满足洛伦兹线型，其峰值所对应的频率即为布里渊频移。为了降低采样精度和噪声的影响，从布里渊谱中提取布里渊频移最常用的方法是洛伦兹曲线拟合法。然而曲线拟合对初始值敏感，当信噪比较低时，拟合误差显著增加，并且曲线拟合的运算时间较长，降低系统的响应速度。为了提高提取布里渊频移的精度和速度，研究人员采用机器学习算法处理布里渊谱以提取布里渊频移，从而取得比传统拟合算法更好的结果。本文主要介绍近几年机器学习算法在提取布里渊频移中取得的成果，包括奇异值分解、支持向量机和人工神经网络的应用原理和效果。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306010
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430030
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430030
报道一种基于45°辐射倾斜光纤光栅(RTFG)的全光纤偏振相关器件。由于独特的偏振相关模式耦合特性,其可作为一种理想的全光纤起偏器、偏振相关耦合器、全光纤衍射器。基于体电流法建立倾斜光纤光栅的偏振耦合理论,从理论和实验角度系统地分析45° RTFG的偏振辐射耦合、衍射分光及偏振特性。仿真结果和实验结果表明,45° RTFG的透射和辐射有良好的偏振功能。一根长度为24 mm的45° RTFG在波长为1550 nm处的偏振消光比(PER)为22 dB,3 dB带宽超过300 nm。通过制备不同长度的45° RTFG,可以实现具有不同PER的光栅。光栅的辐射模沿角向呈准高斯分布,沿轴向呈指数衰减分布,并且其空间衍射角色散约为0.054 (°)/nm。实验结果与理论结果完全匹配,45° RTFG具有潜在的应用前景。
光纤光学 光纤器件 倾斜光纤光栅 光纤衍射器件 光纤偏振器件 光学学报
2020, 40(23): 2306003
邢志坤 1,2,3宋青果 1,2,3牟成博 4,5,6闫志君 1,2,3,*[ ... ]刘德明 1,2,3
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
3 华中科技大学下一代互联网接入系统国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
4 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
5 上海大学上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
6 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室, 上海 200444
提出一种基于45°倾斜光纤光栅(45°-TFG)辐射模的线偏振光纤激光器。利用环形谐振腔结构和光纤布拉格光栅,搭建了基于45°-TFG辐射模的线偏振调谐光纤激光器,首次实现了基于TFG辐射模的全光纤单偏振激光输出。实验结果显示,当输入泵浦光功率大于24 mW时,可实现稳定的激光输出,输出激光的中心波长为1553.45 nm,3 dB带宽为0.05 nm,偏振度高达99.8%,激光器系统的斜率效率为10.79%。同时,利用布拉格光纤光栅的温度敏感特性,实现了激光器波长输出从1553.21 nm到1554.03 nm的调谐,调谐灵敏度为11.37 pm/℃。
激光器 光纤激光器 光纤光栅 辐射模 线偏振光纤激光器 中国激光
2020, 47(12): 1201007
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO) and National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Access System, School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Department of Electronics and Information Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
In this Letter, a low-frequency acoustic sensor based on an extrinsic Fabry–Pérot (FP) interferometer with a silicon nitride (Si3N4) membrane is demonstrated. Using micromachining techniques, the 800 nm thick Si3N4 membrane is deposited on an 8 mm × 8 mm × 400 μm silicon (Si) substrate. All the assembly procedures of the sensor are focused on the substrate to avoid any damage to the membrane itself, compared to general membrane transfer methods. The frequency response of the proposed sensor is discussed theoretically and experimentally demonstrated. The sensor exhibits an excellent flat response to the tested acoustic frequency range of 1 Hz to 250 Hz. The phase sensitivity is around ?152 dB re 1 rad/μPa with sensitivity fluctuation less than 0.8 dB. The frequency response characteristic shows a promising potential of the sensor in low-frequency acoustic signal sensing applications.
acoustics fiber Fabry–Pérot interferometer low frequency membrane Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 101201
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实验室, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
为实现低起振阈值、高斜率效率的短腔窄线宽随机激光输出,提出一种基于随机分布光栅阵列的窄线宽随机光纤激光器。基于随机分布光栅阵列的随机光栅可有效提升随机光纤激光器的起振阈值与泵浦功率。在满足光局域化的前提下,利用随机光纤光栅超窄反射峰搭建超窄线宽随机光纤激光器,该激光器实现了1.33 kHz的窄线宽随机激光输出,起振阈值为24.5 mW,斜率效率约为10%,且激光输出功率与中心波长处于稳定状态。与其他激光器相比,所提激光器具有更低的起振阈值、更高的斜率效率、更短的腔长及相对简单的结构,有望在光通信、高功率窄线宽光纤激光器、光纤传感等领域得到进一步应用。
激光器 光纤激光器 光纤光栅 窄线宽 随机光纤激光器 光学学报
2020, 40(16): 1614002
1 深圳大学 微纳光电子学研究院，广东 深圳 518060
2 深圳华中科技大学研究院 NGIA深圳分室，广东 深圳 518060
基于分布反馈式（DFB）光纤激光水听器，针对传统相位生成载波（PGC）解调方案中的不足，提出了一种新型的单路微分相除（PGC-SDD）解调算法。与传统的微分交叉相乘（PGC-DCM）和反正切（PGC-Arctan）解调算法相比，该方法仅需要双通道的1路信号作微分处理，以较少的运算步骤和计算量达到解调信号的目的。PGC-SDD算法能够更有效地应对环境引起的光强扰动和调制深度引起的谐波畸变，使解调结果更接近待测信号。对3种解调算法进行仿真和实验验证，结果表明：采用PGC-DCM解调其信噪比约12.4 dB，PGC-Arctan算法的信噪比约13.9 dB，PGC-SDD算法的信噪比达到了17.5 dB。
光纤传感 水听器 光纤激光器 解调算法 optic fiber sensing hydrophone optical fiber laser demodulation algorithm
1 贵州大学物理学院, 贵州 贵阳 550025
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
在考虑大气湍流效应、气象条件和孔径平均效应的条件下,对星地下行链路中基于等比合并算法的多孔径相干光接收机的性能进行研究,推导了其误码率(BER)分析模型,并基于该模型分析了各种湍流强度、气象条件和孔径大小对接收机灵敏度的影响。研究结果对于实际应用具有很好的指导意义。
大气光学 大气湍流 气象条件 孔径平均 等比合并 误码率 激光与光电子学进展
2019, 56(21): 210101
1 中铁第四勘察设计院集团有限公司, 湖北 武汉 430063
2 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉430074
铁路隧道防护门是隧道防灾救援专题的重要分支, 对行车安全有着重要的影响。文中研究一种基于微结构光纤分布式传感(MFDS)的新型铁路隧道防护门智能监测技术, 可以实时监测防护门的状态与检测运行故障, 当发现防护门出现异常状况时及时报警, 显示并记录报警部位和报警资料以及实现报警信号远程传送。通过研究, 针对铁路隧道防护门设计得出以下结论: (1) 防护门布置应采取远离隧道中心布置的方案; (2) 防护门隔墙应采用混泥土隔墙; (3) 防护门应朝疏散方向开启; (4) 设计防护门外沿距离相邻线路中心线距离应考虑防护门门框高度和车辆建筑限界。论文提出一种新颖的铁路隧道防护门设计方案, 对于铁路隧道防护门设计与维护相关工作具有重要指导意义。
微结构光纤 分布式传感 铁路隧道 防护门 防灾救援 micro-structure fiber distributed sensor railway tunnel protective doors disaster prevention and rescue 红外与激光工程
2019, 48(7): 0722003
