1 山东大学 控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
2 山东大学 信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
3 德州学院 物理系， 山东 德州 253023
利用800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅，并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性。基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案；以计算机控制1.3 mW飞秒激光，使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅，实验显示该光栅在1 200~1 700 nm波段的主谐振峰值可达-17 dB。利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验，在300~800 ℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056 nm/℃，线性度为0.992。实验结果表明，提出的以800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠，写制的光栅在高温环境下变化均匀，不易退化，响应特性良好，适用于高温检测。
长周期光纤光栅 飞秒激光 光栅制备 高温传感 long period fiber grating femtosecond laser grating inscription high-temperature sensing
1 山东大学控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
2 南京大学地球科学与工程学院， 江苏 南京 210093
3 山东大学信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
光纤布拉格光栅(FBG)已广泛应用于应变参数测量中，但非均匀应变易引起FBG光谱变形而无法进行波长检测，因此需重构沿FBG的应变分布。针对应变分布重构效果差且收敛速度慢的难题，在深入研究改进遗传算法的基础上，提出基于FBG光谱中心波长位置与反射率双重约束的应变分布重构理论，显著改善了重构的非唯一性和置信度。同时，假设应变分布为多项式形式，通过对多项式系数的重构实现应变分布的重构，大大提高了重构的速度。在此基础上开展了应变分布参数重构仿真实验，多项式系数重构误差均小于1.5%；结合两端固定压杆调谐光纤光栅实验，验证了该应变分布重构方法的有效性、适用性和可操作性，形成了一种快速有效的应变分布重构方法。
光栅 中心波长 反射率 双重约束 应变分布重构
山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术, 构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源, 使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池, 通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配, 利用激光失谐技术快速断开入射激光, 从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明, 乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999, 最大相对误差小于2.5%, 极限检测灵敏度为2×10-6; 逐次充入一定体积的乙炔气体, 动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体实时在线监测。
乙炔 浓度检测 腔增强吸收技术 超窄线宽激光 激光失谐技术 acetylene concentration detection cavity enhanced absorption technique ultra-narrow-linewidth laser laser detuning technique
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。
一氧化碳吸收光谱 超窄线宽激光 多参数测量 波长扫描技术 吸收线强 Carbon monoxide absorption spectrum Ultra-narrow-linewidth laser Wavelength scanning technology Absorption line strength Multi-parameter detecting 光谱学与光谱分析
2011, 31(10): 2829
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于气体的差分吸收检测原理和超窄带半导体激光器的光谱扫描技术, 设计了一种高精度分布式二氧化碳气体检测网络。 系统采用超窄带可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型气室结构, 通过方波信号对光源光谱进行调制, 消除了其他气体成分和灰尘颗粒的干扰, 并结合空分复用技术, 实现了二氧化碳的实时分布式检测。 利用超窄带光谱扫描技术测得了不同压强下二氧化碳分子在1 572.66 nm附近的弱吸收谱线并进行了分析。 实验结果表明系统浓度最低检测限为0.005%, 测量最大相对误差小于3%; 逐次充入一定体积二氧化碳气体, 动态响应时间小于8 s。
扫描技术 超窄带光谱 二氧化碳吸收光谱 气体压强 分布式检测 Scanning technology Ultra-narrow-bandwidth (UNB) spectrum Carbon dioxide absorption spectra Gas pressure Distributed detection 光谱学与光谱分析
2011, 31(8): 2044
山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
应用超窄线宽半导体激光器的波长扫描和光谱调制技术, 设计了一种高精度多组分气体实时在线检测系统。系统采用单一超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型串联式气室结构减小横向空间、增加光程长, 并通过三角波信号对光源光谱进行调制; 结合时分复用和空分复用技术, 利用超窄线宽激光的特性实现了CO, CO2, CH4多组分气体浓度的同时多点检测。实验结果表明, 对CO, CO2, CH4多组分气体浓度测量的线性相关度为0.99, 最大相对误差<2%; 逐次充入一定体积CH4, CO2, CO气体, 动态响应时间均小于10 s。长时间稳定性实验显示, 多组分气体浓度最大波动<0.02%。该系统精确度高、稳定性好, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体的实时在线监测。
激光光学 多组分气体检测 波长扫描技术 超窄线宽激光器 谐波检测 串联气室 laser optics multi-component gas detection wavelength scanning technique ultra-narrow-linewidth laser harmonic detection series gas cell
1 山东大学控制科学与工程学院， 山东 济南 250061
2 山东大学信息科学与工程学院， 山东 济南 250100
3 德州学院物理系， 山东 德州 253023
采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验，重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下，脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现，激光单点照射栅区任意位置时，照射过程中的光谱有较大红移，且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰；然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加，随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型，激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上，理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化，与实验结果非常吻合。
超快光学 飞秒激光 非均匀温度场 折射率调制 光纤光栅
