上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上，基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响，结果表明，温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩，从而增强其磁致折变效应。实验上，基于磁致折变效应，以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，研制了磁场传感器，结果表明，干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移，传感器的磁场灵敏度随之增加，16.7 ℃和43.5 ℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63 pm/mT和25.53 pm/mT，温度变化会影响磁场的测量精度。
传感器 磁致折变效应 掺铒光纤 温度特性 磁场传感 Mach-Zehnder干涉仪
1 广东电网有限责任公司电力科学研究院, 广东 广州 510080
3 河南省日立信股份有限公司, 河南 郑州 450001
六氟化硫气体在电力领域的广泛应用带来日益严峻的环保压力, 寻求可替代的新型环保绝缘气体已成为化学及电气学科领域研究的热点。 反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯[HFO-1336mzz(E)]气体因其优良的环保特性及高介电强度受到国内外的广泛关注。 开展光谱吸收特性及检测技术的研究对深化电气性能的研究意义重大。 采用自组装压强、 温度可调控多次反射长光程池, 组合傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)及真空泵等搭建实验测试系统, 通过FTIR实验及仿真模拟首先研究了HFO-1336mzz(E)气体在常温常压、 1 100~1 350 cm-1波段的红外吸收特性; 并对测试背景中可能存在的CO2和H2O进行谱线交叉干扰分析; 重点研究了压强、 温度对HFO-1336mzz(E)气体在1 100~1 350 cm-1波段红外光谱吸收特性的影响; 同时基于非分散红外(NDIR)技术对HFO-1336mzz(E)气体低浓度泄漏及高浓度混合比传感器进行了仿真测试。 结果表明: HFO-1336mzz(E)的三个强吸收峰的中心波数分别为1 152, 1 267及1 333 cm-1, 模拟仿真红外光谱与气体实测结果吻合较好; 1 333 cm-1处干燥空气背景中CO2吸收强度数量级低至10-6, 在150 nm滤波带宽内水分子峰面积积分影响因子约为1.44×10-3, 谱线交叉干扰均可忽略不计, 而痕量泄漏检测时需要湿度补偿; 选择HFO-1336mzz(E)气体在1 333及1 267 cm-1位置分别作为NDIR技术实现低浓度泄漏及高浓度混合比检测的吸收谱线切实可行; 光谱吸收系数及谱线展宽随着压强升高而增大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随压强的变化率分别为0.273和0.118 cm-1·kPa-1; 随温度的升高峰值吸收系数减小, 谱线展宽变窄, 但不同位置吸收系数变化差异较大, 1 333及1 267 cm-1位置吸收系数随温度的变化率分别为-0.105 6和-0.035 cm-1·K-1。 传感器仿真测试结果显示1 333 cm-1处5 cm光程可实现0~1 800 μL·L-1低浓度痕量泄漏测试, 1 267 cm-1位置2 mm光程可实现0~10%高浓度混合比测试。 该研究为基于红外光谱吸收原理的光学气体传感器的研制提供实验与理论依据。
反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯 红外吸收特性 温度特性 压强特性 非分散红外技术 仿真测试 Trans-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene Infrared absorption characteristics Temperature characteristic Pressure characteristic NDIR technology Simulation test 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3099
1 常州工学院 1. 光电工程学院
2 常州工学院 2. 创新创业学院, 江苏 常州 213032
为了研究不同驱动方式下LED结温的差异性, 依据LED热结构模型, 从功率传递角度构建了差分型LED电-热动态模型, 利用相同平均功率、不同频率的注入电功率, 计算脉冲驱动条件下的LED结温。同时, 采用正向电压法测量实际结温, 对模型预测结温的准确性进行了分析。研究表明, 差分模型能够表征脉冲驱动方式下LED电热特性, 其理论预测值与实测值误差约为4℃, 基本能够满足工程应用要求。更有意义的是, 采用差分模型, 能够分析在特定驱动条件下, LED热容、热阻等参数对结温的影响, 为不同驱动模式下LED个性化结构设计提供了理论基础。
结温特性 电热差分模型 脉冲驱动 LED LED junction temperature characteristic electro-thermal difference model pulse-driven
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710100
针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题, 首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次, 为量化温度影响芯片稳定性的主要因素, 自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统, 研究15~60 ℃半导体激光列阵芯片的温度特性, 分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明, 当温度由15 ℃升高至60 ℃, 载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%, 是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化, 仿真结果表明, 提高波导层Al组分至20%, 能有效限制载流子泄漏, 平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题, 可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。
高功率 半导体激光列阵芯片 高温特性 能量损耗分布 high power laser diode array chips high temperature characteristic energy loss distribution
对压电式冲击波超压传感器压电集成电路(IEPE)的优点、原理及结构进行了分析与探讨, 设计了基于分立式器件的IEPE电路。对电路进行了仿真和验证试验, 得到了电路的放大倍数、幅频特性、线性度及温度特性。试验结果表明电路频响带宽大于600 kHz, 线性度约为0.4%, 全温下频响的波动程度小于4.3%, 能够满足冲击波超压传感器对IEPE电路的要求。避免了电磁干扰等因素对冲击波压力测试系统的影响, 实现了电路小型化, 简化了测试系统。对实现IEPE压电式超压传感器有实际意义。
冲击波超压 压电式压力传感器 压电集成电路(IEPE) 幅频特性 线性度 温度特性 shock wave overpressure piezoelectric pressure sensor IEPE circuit amplitude-frequency characteristic linearity temperature characteristic
中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
激光器温度波动会造成其输出特性变化, 为实现检测系统精确测量, 需要探究温度变化对输出特性的影响。本文研究了瞬态状态下不同温度梯度对激光器内部参数的影响, 其中包含对光子密度、载流子密度、阈值电流、光电延迟、驰豫现象以及输出功率特性等。实验仿真借助Simulink搭建仿真模型, 从速率方程着手, 在其中引入与温度变化有关的增益系数与透明载流子的影响, 得到温度变化下的参数变化。实验结果表明温度变化对激光器内部各性能产生巨大影响, 将减弱检测精度, 为了减小温度变化产生的误差, 应该配合相应的温控电路。
半导体激光器 速率方程 温度特性 数值模型 semiconductor laser rate equation temperature characteristic numerical model
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
为了简化布里渊散射提取温度的步骤并提高提取精度,提出利用径向基函数神经网络直接通过布里渊散射谱获取温度特征的一种新方案;将各温度布里渊散射谱作为训练集计算出温度模型,将待测布里渊散射谱直接输入至模型即可获取温度;对比平滑拟合、反向传播神经网络、径向基函数神经网络3种方案对温度测量的效果,分别选取扫频频率间隔为0.175,1,5,10,20 MHz时的77组数据,并对不同线宽进行扩展。结果表明:基于径向基函数神经网络方法的均方根误差较小,且随步进频率增加而增长缓慢;步进频率为20 MHz时,单线宽误差达到0.8002 ℃,多线宽误差为1.0814 ℃,分别是平滑拟合测量温度方法误差的33.04%和42.88%,是反向传播神经网络均方根误差的40.25%和55.89%;基于径向基函数神经网络的方法在一定程度上减少了计算步骤,提高了收敛性。
散射 直接提取 径向基函数神经网络 温度特征 布里渊散射 光学学报
2018, 38(12): 1229001
兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室, 甘肃 兰州 730000
红外光学系统中靠近探测器的光学元件通常处于低温环境中, 低温环境会使得光学元件表面薄膜的透射光谱发生漂移, 进而严重影响红外光学系统的成像质量。研究发现光谱漂移是由于系统中红外光学薄膜的折射率发生了改变。论文针对红外光学薄膜材料折射率温度特性开展了研究, 在光学薄膜理论基础上, 通过分析几种波长色散模型的特点, 提出了一种红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法。该方法基于不同温度测得的透射率光谱, 通过光谱反演得到不同温度条件下光学薄膜材料的折射率, 并在Cauchy色散模型的基础上, 通过数据拟合分析, 能够得到红外光学薄膜材料的折射率温度/波长色散公式。采用该方法对PbTe、Ge两种典型红外光学薄膜材料折射率温度特性进行了分析研究, 验证了该方法的可行性。
温度特性 红外薄膜 色散模型 temperature characteristic infrared thin-films dispersion model 红外与激光工程
2018, 47(4): 0404006
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
从传感光纤的高双折射螺距和光纤结构两方面分析不同螺距下光纤内光的偏振态差异及其受温度变化的影响,对比了PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤的温度特性。结果表明,在全光纤电流传感器(FOCS)中,当传感光纤的螺距LT是光纤对应的未螺旋状态下拍长Lp的2倍时,温度特性最差。LT减小,光纤偏振保持能力减弱,抗物理干扰能力变差。当LT≈Lp时,传感光纤既有较好的温度特性,也有较强的抗外界物理干扰能力。不同结构的传感光纤,传感器比差的范围不同,其中基于微结构保偏光纤的传感光纤,在-40~+70 ℃全温度下未经补偿,传感器比差变化范围最低,仅为±0.32%。
光纤光学 电流传感光纤 温度特性 磁光效应 偏振转换 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020604
1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对痕量气体的连续检测, 二次谐波背景信号会随着半导体激光器管壳温度变化产生漂移, 使得二次谐波波形无法保持稳定, 对测量结果产生误差。 基于TDLAS原理, 解释了二次谐波背景信号的产生, 分析了背景信号的来源和背景漂移对测量结果的影响, 通过对背景信号的扣除获得标准的二次谐波波形, 设计并搭建了一套高精度恒温控制系统, 此系统搭载了风冷以及水冷模块进行辅助控温, 控制精度达到±0.1 ℃, 选取了1 796和1 653 nm波长的DFB半导体激光器, 通过控制两只激光器在20～44 ℃温度条件下来回变动, 温度间隔为2 ℃, 对获得的二次谐波背景信号进行了实验研究。 研究表明: 随着半导体激光器管壳温度上升, 背景信号发生红移, 反之发生蓝移； 实验中温度每变化2 ℃, 1 796和1 653 nm的DFB激光器的背景信号分别产生了约3.2和2.67 pm波长漂移； 通过对半导体激光器进行控温封装, 实现对半导体激光器管壳的恒温控制, 可以有效地消除室温变化引起的背景信号漂移, 维持测量系统的稳定性, 提高痕量气体检测的精度和准确度。
气体检测 背景信号漂移 温度特性 Gas detection TDLAS TDLAS Background signal drift Temperature characteristic 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1670
