1 广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院,广东 广州 510006
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 通感融合光子技术教育部重点实验室,广东 广州 510006
4 广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
光频域偏振测量(OFDP)是一种基于扫频激光干涉原理的分布式光纤偏振测试技术,它能够精确获取保偏光纤、器件、组件与光路的偏振特性及其空间分布,实现高性能器件与光路的性能测试与质量评价,以及缺陷分析与故障诊断。OFDP优点是可兼顾超高测量灵敏度、超大测量范围、高精细度、长测量距离、动态快速测量等,已逐渐发展成为性能最优的分布式光纤测量技术之一。本文回顾了OFDP的测量原理,定量分析了分布式偏振串音的测量极限,综述了分布式偏振测试性能提升的若干关键技术,给出了高精度偏振器件与光路的测试典型应用,并讨论了其技术挑战和未来潜在的研究方向。
光频域偏振测量 分布式光学测量 偏振串音 保偏光纤与器件 光纤陀螺 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112002
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
提出了一种基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器,该超材料传感器由刻蚀在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜表面的多方形谐振单元的平面阵列组成。拉伸柔性PDMS薄膜会改变谐振单元的结构参数,进而使传感器的谐振频率产生变化。该超材料传感器可以同时实现应变或拉力的高灵敏度检测。同时,谐振结构中央的方形连接环起到了不对称分裂间隙的作用,激发了具有更高Q值的高阶谐振模式,实现了更高的频谱分辨率。实验结果表明,施加拉力从0增大至1.2 N时,结构尺寸拉伸率达到初始状态的1.2倍,超材料的谐振峰频率从109.23 GHz红移到99.42 GHz。该传感器可以实现8.43 GHz/N的高灵敏度拉力传感。耐久性测试表明在该样品的使用中至少可以经历100次拉伸-松弛循环。所提出的传感器具有灵敏度高、加工方便、成本低和无线测量的优点,具有潜在的应用价值。
传感器 拉力传感器 柔性 超材料 光谱 高灵敏度
1 广东工业大学先进光子技术研究院,广东 广州 510006
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 通感融合光子技术教育部重点实验室,广东 广州 510006
4 广东省信息光子技术重点实验室,广东 广州 510006
光频域反射(OFDR)是一种基于光调频连续波原理的分布式光纤测量技术,它利用扫频光干涉信号频率与光纤位置之间的傅里叶变换关系获取沿光纤分布的散射/反射/损耗、相位和偏振等特征信息,可进一步反演光纤感测的温度、应力/应变等外界物理场分布。相比于时域、相干域等分布式测量技术,OFDR的优点是可兼顾高空间分辨率、高测量灵敏度、长测量距离、大动态范围、高速响应等性能。回顾了OFDR的测量原理,综述了分布式测量噪声来源、空间点扩展函数退化机理以及测量误差与噪声抑制等OFDR性能提升关键技术;推导了基于OFDR分布式传感的测量极限,分析了提升传感精度与测量距离的若干方法;概述了国内外OFDR仪器发展现状及其在集成波导器件与保偏光纤等测试、光纤陀螺环内部应力传感等应用范例,最后展望了未来的若干研究方向。
光频域反射技术 测量退化机理 分布式传感极限 光频域反射仪器 高性能应用
光学 精密工程
2023, 31(16): 2383
1 电子科技大学(深圳)高等研究院,广东 深圳 518110
2 深圳信息职业技术学院信息技术研究所,广东 深圳 518172
3 华中科技大学机械科学与工程学院,湖北 武汉 430074
4 华中科技大学航空航天学院,湖北 武汉 430074
利用纳米银烧结工艺制备大功率LED,重点探究了纳米银键合层的界面热阻及器件发光性能。通过将纳米银膏在不同温度下烧结,系统地研究了烧结温度对纳米银烧结后电阻率及接头剪切强度的影响,并分析了烧结后银膏的晶体结构及接头断口微观形貌。结果表明,接头键合强度和银膜导电率均随纳米银烧结温度的升高而增大。实验中还对比分析了纳米银烧结LED和传统锡银铜(SAC305)焊膏封装LED的界面热阻、结温以及发光性能。与纳米银烧结LED样品相比,传统焊膏封装LED的界面热阻和结温分别提高了8.9%和29.6%,说明纳米银键合层拥有更好的导热性并可及时为芯片散热降温。此外,通过高温老化实验,深入探讨了不同焊膏烧结LED的界面热阻及发光效率变化。实验表明,经过100 ℃下点亮500 h,纳米银和传统焊膏烧结LED样品的总热阻分别增大了0.03 K/W和4.28 K/W,但纳米银键合层界面热阻比老化前有所降低,同时纳米银烧结LED样品在不同电流下的发光效率始终高于传统焊膏封装LED样品。
材料 大功率LED 光热性能 发光稳定性 纳米银烧结 界面热阻
航空工业北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
气体压力光学非接触测量是目前激光技术重要应用领域之一, 其中气压测量过程中温度耦合问题是现在面临的研究难点。 故而提出一种光谱测量技术与激光干涉技术组合测量方法, 通过积分吸光度和折射率融合的方式实现气体压力、 温度解耦的目的。 分析可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)的直接吸收法测量原理和基于折射率的激光干涉测量原理, 建立基于吸收光谱的气压测量模型和基于折射率的激光干涉气压测量模型, 通过利用三次多项式拟合吸收谱线强度函数的方式, 建立了基于积分吸光度和折射率的气体压力、 温度解耦的数学模型。 实验搭建了基于TDLAS技术和激光干涉技术的气体压力检测系统, 采用中心波长为2 004 nm的可调谐半导体激光器和波长为632.8 nm的激光干涉仪, 气室长度为24.8 cm, 将CO2作为研究对象, 并以高精度压力控制器和温度传感器的测量结果分别作为压力温度参考值, 以真空为背景信号, 在室温环境中测量并计算出气体压力变化后积分吸光度值和折射率值, 进而解算得到气体压力和温度值。 实验结果显示: 压力测量结果最大相对误差为3.61%, 最小相对误差为0.5%, 测量平均相对误差为1.99%; 在以开尔文温度为前提下, 温度解算结果最大绝对误差为7.66 K, 最小绝对误差为0.78 K, 测量平均绝对误差为3.29 K, 测量结果与参考结果具有较高的吻合度, 该研究可为以后光学法测量气体压力温度影响分析提供参考。
激光干涉技术 气体压力 温度解耦 TDLAS TDLAS Laser interference technology Gas pressure Temperature decoupling 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3692
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220549
稀土锆酸盐(RE2Zr2O7, RE为稀土元素)体系材料具有热导率低、 高温相结构稳定、 抗化学腐蚀和价格相对低廉等优势, 近年来在热障涂层、 环境障涂层和核防护涂层等领域得到广泛而深入的应用, 获得了广泛关注。 然而, 目前对该涂层材料的研究主要还是集中在热学、 力学及电学性能等, 对光学性能特别是反射光的偏振特性研究则鲜见报道。 以锆酸镧(La2Zr2O7)为代表, 系统研究了稀土锆酸盐光学偏振特性, 特别分析了材料表面属性与光学偏振特性的对应关系。 实验中利用固相反应法分别合成制备了La2Zr2O7粉体和致密块体材料, 并利用XRD(X-ray diffraction), Raman spectra和SEM (scanning electron microscope)等分析表征其微观结构, 结果显示制备的La2Zr2O7材料为立方焦绿石相结构。 在光学性能分析中, 分别用自然光和线偏振光作为探测光源, 在不同探测角下研究其反射光偏振特性。 研究表明, 对于自然光入射, La2Zr2O7块体和粉体材料的线偏振度(DOLP)与入射光波长呈现显著的依赖关系, 随着波长的增加, DOLP呈现出先增大后减小的趋势。 值得注意的是在红外波段, DOLP迅速降低并接近于0, 表明该材料在红外波段表现出良好的偏振隐身特性。 研究还发现, 在自然光入射时, 致密块体材料的DOLP分别在波长~720和~773 nm出现极大值, 且峰值波长对探测角度不敏感, 粉体材料在~714和~774 nm附近也出现两个峰。 在线偏振光入射, 块体材料在大角度探测角下, DOLP在~720和~763 nm出现两个峰, 与自然光入射光不同的是, 同一个探测角下两个峰的峰值大小基本相同, 粉体材料则在~720和~755 nm附近出现两个峰, 且峰值强度减弱, 说明涂层材料的粗糙度对反射光的偏振特性有一定影响, 研究进一步显示, 两个峰值对应的波长与探测角无显著依赖关系。 本研究结果为稀土锆酸盐涂层材料的偏振光谱学的开发、 应用和设计提供理论和实验支撑。
偏振光光谱 线偏振度 稀土锆酸盐 粗糙度 Polarized light spectrum Degree of linear polarization Rare earth zirconate La2Zr2O7 Roughness La2Zr2O7 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 2995
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
提出一种基于导电塑料膜谐振结构的超材料宽带吸波体。吸波体采用介质层-膜单元阵列-介质层的三层结构模型,其中上层介质兼具阻抗匹配和保护电阻膜谐振结构的作用。所采用的导电塑料膜片与基于导电墨水的电阻膜结构相比,不仅克服了加工过程中墨水厚度不均匀对方阻的影响,还可兼容激光刻蚀工艺,进而提高了谐振结构的加工精度。模拟结果表明,该吸波体在6.9~22.7 GHz的频率范围内,可以保持90%以上的入射波吸收率,相对吸收带宽为106.8%。此外,所提结构对入射波的极化特性不敏感,且对宽角入射的电磁波仍能在宽频带内实现高效吸收。更为重要的是,所提结构中的电阻膜谐振结构与介质基板可以独立加工,这种积木拼搭式的加工方案不仅节省了制备时间,还使得基底材料的选择不再受电阻膜加工的制约,为发展宽带超材料吸波体提供了新的思路。
材料 导电塑料膜 超材料 吸波体 宽带吸收 宽角稳定性 光学学报
2022, 42(22): 2216001