1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院，浙江 杭州 310051
3 北京航空航天大学大科学装置研究院，北京 100191
无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置在前沿基础物理探索以及惯性导航领域具有广泛应用前景。建立了SERF原子自旋惯性测量装置的耦合系综动力学响应模型，通过仿真和实验量化分析了耦合系综动力学响应的影响因素，厘清了偏置磁场、耦合自旋系综极化率和弛豫率等因素对准静态响应信号的影响。发现在强耦合点与自补偿点处，动态响应速度存在75倍的显著差异。进一步分析了偏置磁场、极化率和弛豫率对不同原子组合的惯性测量装置响应系数的影响。发现在自补偿点处存在最优极化率，使惯性测量装置的角速度响应系数最高，此最优点与原子种类和电子自旋弛豫率相关，可以通过降低电子自旋弛豫率将角速度响应系数提升近1倍。明确了通过优化电子自旋极化率和抑制电子自旋弛豫率可以进一步提升SERF原子自旋惯性测量灵敏度和动态性能，有望拓展其在惯性导航和基础物理探索中的应用。
中国激光
2022, 49(19): 1904001
1 桂林理工大学土木与建筑工程学院, 广西 桂林 541004
2 桂林理工大学广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心, 广西 桂林 541004
3 广西岩土力学与工程重点实验室, 广西 桂林 541004
为实现结构的长期安全监测,设计了一种杠杆原理与摆锤结构相结合的光纤光栅倾角传感器,并在此基础上进行了理论分析、数值计算和传感器性能测试。对比分析了数值计算和实验结果,发现二者具有较好的一致性。为增大传感器的灵敏度,对传感器的尺寸参数进行了设计。考虑到光纤光栅与金属材料之间的锚固效率和传感器的制作工艺要求,综合给出了效果最佳的组合值。实验结果表明,所提光纤光栅倾角传感器的有效监测范围为-5°~5°,传感器的灵敏度为359.04 pm/(°),线性相关度可达0.999,测量重复性误差为3.433%。此外,所提光纤光栅倾角传感器降低了温度对角度测量的影响,适用于温度变化较大且精度要求较高的工作环境,有良好的应用前景。
光纤光学 光纤光栅 倾角传感器 温度自补偿 安全监测
北京工业大学材料与制造学部, 超短脉冲激光及应用研究所, 北京 100124
设计了一种高光束质量、高重复频率的光纤-固体混合皮秒Innoslab放大器,种子源由全光纤激光器以及端面泵浦双通放大器组成,输出平均功率4.5 W的种子光注入到Innoslab放大器中进行放大,在泵浦功率117 W时获得了平均功率28.4 W、脉冲宽度10.6 ps、重复频率18 MHz的皮秒激光放大输出,光-光转换效率达到20.4%。在Innoslab放大器中,基于热透镜效应补偿设计了Innoslab放大器谐振腔,通过增加种子光与增益介质的重叠面积提高放大器的提取效率。为减小板条晶体厚度方向上的热透镜效应及其影响,一方面采用双面焊接方法将晶体与热沉连接,避免了焊接层中出现空气孔并且提高了铟层的平整度,使晶体表面得到均匀散热;另一方面,利用球差自补偿方法抑制了板条晶体厚度方向上的热畸变,克服了热透镜效应造成的光束质量退化,最终得到光束质量因子 =1.33, =1.24。
激光器 Innoslab放大器 光纤-固体混合 光束质量 球差自补偿 双面焊接 中国激光
2021, 48(17): 1701004
针对高功率双管级联薄管激光放大器的环域像差补偿需求,提出了一种环域像差自补偿方法。该方法通过一个直角锥镜使非理想薄管激光光路折转,利用往返光路共轭的特性实现畸变波前的自补偿。通过数值模拟仿真,验证了双管结构中单个薄管引入加工误差及光源对准误差时该自补偿方法的校正能力,并详细分析了该方法对双管配合误差的自补偿效果。在此基础上,进一步考虑了直角锥镜误差对双管级联结构波前环域像差补偿效果的影响。结果表明,该自补偿方法能有效抑制双管级联薄管激光放大器中由加工误差和装调误差所引入的环域离轴像差,且对直角锥镜装调误差容限较大,有利于提升薄管激光器的抗失调稳定性。
激光器 双管级联薄管激光放大器 直角锥镜 自补偿 环域像差 中国激光
2021, 48(13): 1301006
1 青岛理工大学土木工程学院, 山东 青岛 266033
2 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心, 山东 青岛 266033
鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性,将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联,采用夹持式封装方式,根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明:温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12 pm·℃
-1,为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单,实用性强,可被广泛应用于实际工程中。
光纤光学 夹持式 温度自补偿 光纤布拉格光栅 传感测试技术 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 050605
1 安徽工业大学 电气与信息工程学院, 安徽 马鞍山 243000
2 南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度, 提出了一种新型EFPI传感结构, 并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先, 介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法; 接着, 建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型, 并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真, 对它在不同受压力下进行理论模拟, 获得了腔长变化与压力之间的关系; 最后, 对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明, 镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083 pm/℃, 具有温度自补偿特性; 它对横向负载的检测灵敏度可达40.83 m/g, 相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合, 为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。
光纤传感器 光纤EFPI 镀钯金膜 横向负载 温度自补偿 optical fiber sensor optical fiber extrinsic Fabry-Perot interferometer coated palladium-gold film transverse load temperature self-compensation
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心，吉林 长春 130033
用计算全息图(CGH)检测非球面时，除了设计零位补偿CGH 外，还往往设计辅助调节CGH，从而可以利用干涉图来精确调节CGH 的位置。针对这种同时具有零位补偿和辅助调节功能的CGH，提出零位补偿CGH 和辅助调节CGH 之间具有相互补偿效应。针对一高次非球面，设计了四种不同的CGH 配置方案，而后逐一分析了零位补偿CGH 和辅助调节CGH 之间的补偿效应。分析结果表明，在相同的基板误差的条件下，具有自补偿效应的配置方案的Power 项误差小于其他方案的1/40，而球差和高阶球差则小于其他方案的1/70。利用具有自补偿效应的配置方案加工制作了CGH，用此CGH 完成了对非球面的加工检测迭代，非球面面形的收敛精度均方根(RMS)达到0.48 nm。
全息 计算全息图(CGH) 非球面检测 自补偿效应 光学学报
2015, 35(11): 1112002
目前弹载惯性测量组合测试标定精度受外界干扰影响较大，特别是光纤陀螺温度稳定性低，易受环境温度影响参数变化，导致误差补偿效果不好。针对该问题，提出设计一种光纤陀螺旋转惯性测量组合。在惯性测量组合外加旋转轴，在导弹飞行过程中使惯性测量组合绕旋转轴连续旋转，将射前补偿不完全误差调制为周期项，从而达到误差自补偿的效果。理论分析和仿真结果表明，通过旋转不仅能自动补偿与转轴垂直方向惯性仪表的常值误差和部分安装误差，而且能补偿加速度计部分一次项误差、二次项误差和部分交叉轴耦合项误差，选择合适的旋转方案还可以完全消除旋转速度与陀螺仪标度因数误差、安转误差的耦合误差。
光纤陀螺 惯组 旋转 自补偿 FOG inertial measurement unit rotating autocompensation
1 河南师范大学 物理与信息工程学院，新乡 453007
2 周口师范学院 物理与电子工程系，周口 466001
3 3华中科技大学 武汉光电国家实验室，武汉 430074
为了研究激光反射镜热畸变补偿结构的设计，在分析激光腔镜热变形行为的基础上，采用优化镜体结构，提出了一种减少入射激光光斑区域镜面热畸变的途径——热畸变自补偿激光反射镜，并与普通硅镜的热变形情况进行了比较。结果表明，当反射镜反射率为98%、入射激光功率为7kW、激光照射时间分别为2s，4s和10s时，普通硅镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.167μm，0.174μm和0.172μm；而热畸变自补偿激光反射镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.092μm，0.052μm和0.027μm。该研究结果对提高高能激光腔镜热效应稳定性、改善高能激光光束质量具有一定参考价值。
光学器件 激光反射镜 热畸变 自补偿 高能激光 optical devices laser mirrors thermal distortion self-compensation high-power laser
