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基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

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物理学报 2024年第7期73卷 90-103页

作者：惠战强刘瑞华高黎明韩冬冬李田甜巩稼民西安邮电大学电子工程学院西安710121 西安市微波光子与光通信技术重点实验室西安710121

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划... 详细信息

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10~(–4),有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O,E,S,C,L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP_(01)模式的限制损耗最低,为4.3×10^(–7)d B/m.此外,当弯曲半径为7 cm时,各模式在一定工作波长范围内均保持低弯曲损耗传输.公差分析表明,当结构参数偏移±1%时,该少模空芯负曲率光纤仍然可以保持低损耗弱耦合的传输特性.

关键词：空芯负曲率光纤少模光纤限制损耗弯曲损耗

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分布式光纤传感器的编码技术研究

光学学报 2024年第1期44卷 255-270页

作者：林全聪程凌浩吕杰张天放梁浩关柏鸥暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室广东广州510632

基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码... 详细信息

基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量,是提高传感性能的一个重要技术途径。因此,编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展,阐述了编码技术提高传感性能的技术原理,归纳了不同编码方案的设计和实现方法,分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后,对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。

关键词：传感器分布式光纤传感器编码技术光纤瑞利传感器光纤布里渊传感器光纤拉曼传感器光纤弱光栅阵列传感器

基于铌酸锂电光效应的电场传感器研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第11期61卷 84-96页

作者：邓世耀彭佳豪王李波刘润昊符方恒陈华江韦玉明杨铁锋关贺元卢惠辉暨南大学广东省光纤传感与通信重点实验室广东广州510632 暨南大学广东省高等学校光电信息与传感技术重点实验室广东广州510632

电场传感器在汽车、航空电子、医疗器械、电力系统以及高能物理研究等领域具有广阔的应用前景,相关研究在工程技术和科学研究领域具有重要意义。介绍了电场传感器的几种工作原理,对比分析了基于铌酸锂电光效应的电场传感器的优势。分别... 详细信息

电场传感器在汽车、航空电子、医疗器械、电力系统以及高能物理研究等领域具有广阔的应用前景,相关研究在工程技术和科学研究领域具有重要意义。介绍了电场传感器的几种工作原理,对比分析了基于铌酸锂电光效应的电场传感器的优势。分别推导了集成光波导马赫-曾德尔结构和基于共振峰漂移的微结构电场传感器的工作原理。总结和分析了铌酸锂块状晶体型和薄膜铌酸锂型的电场传感器近年来的研究进展,还重点讨论和分析了传感器件结构在灵敏度、线性动态范围、频率响应、器件尺寸等工作性能指标上的提升和关键技术。对未来基于铌酸锂电光效应的电场传感器发展前景和所面临的挑战进行了展望。

关键词：铌酸锂电场传感器电光效应集成光波导微结构

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基于布里渊散射光时域分析的形状传感研究

光子学报 2024年第4期53卷 95-103页

作者：刘紫娟武佳琪张立欣李永倩王健健王宽华北电力大学(保定)电子与通信工程学院保定071003 华北电力大学(保定)电子与通信工程学院河北省电力物联网技术重点实验室保定071003 华北电力大学(保定)电子与通信工程学院保定市光纤传感与光通信技术重点实验室保定071003

搭建了基于布里渊散射光时域分析技术的应变测量系统,采用七芯光纤作为分布式形状传感器,通过测量七个纤芯在弯曲时的布里渊散射谱,验证了七芯光纤偏芯之间每两个对称芯所受应变值相等且互为相反数的特点。对比七芯光纤中间芯与偏芯的... 详细信息

搭建了基于布里渊散射光时域分析技术的应变测量系统,采用七芯光纤作为分布式形状传感器,通过测量七个纤芯在弯曲时的布里渊散射谱,验证了七芯光纤偏芯之间每两个对称芯所受应变值相等且互为相反数的特点。对比七芯光纤中间芯与偏芯的布里渊增益谱,测得偏芯在不同弯曲半径下的布里渊频移变化,得到偏芯在每个位置受到的应变值。利用并行传输标架形状重构算法对七芯光纤在曲率直径为0.112 m和0.052 m时的形状进行了重构,当曲率直径为0.112 m时,曲率重构误差为0.375%。

关键词：形状传感布里渊散射光时域分析七芯光纤并行传输标架

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掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

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无机材料学报 2024年第3期39卷 330-336,I0009,I0010页

作者： TAM YU Puy Mang 徐愉高泉浩周海琼张振尹浩李真吕启涛陈振强马凤凯苏良碧暨南大学光电工程系广东省晶体材料与激光技术工程研究中心广州510632 广东省光纤传感与通信重点实验室广州510632 暨南大学分析测试中心广州510632 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海201899 广东省工业超短脉冲激光技术重点实验室深圳518055

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒... 详细信息

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。

关键词：铒掺杂氟化物晶体铒离子团簇光谱性能

基于铌酸锂电光效应的电场传感器研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第11期 94-106页

作者：邓世耀彭佳豪王李波刘润昊符方恒陈华江韦玉明杨铁锋关贺元卢惠辉暨南大学广东省光纤传感与通信重点实验室暨南大学广东省高等学校光电信息与传感技术重点实验室

电场传感器在汽车、航空电子、医疗器械、电力系统以及高能物理研究等领域具有广阔的应用前景，相关研究在工程技术和科学研究领域具有重要意义。介绍了电场传感器的几种工作原理，对比分析了基于铌酸锂电光效应的电场传感器的优势。分... 详细信息

电场传感器在汽车、航空电子、医疗器械、电力系统以及高能物理研究等领域具有广阔的应用前景，相关研究在工程技术和科学研究领域具有重要意义。介绍了电场传感器的几种工作原理，对比分析了基于铌酸锂电光效应的电场传感器的优势。分别推导了集成光波导马赫-曾德尔结构和基于共振峰漂移的微结构电场传感器的工作原理。总结和分析了铌酸锂块状晶体型和薄膜铌酸锂型的电场传感器近年来的研究进展，还重点讨论和分析了传感器件结构在灵敏度、线性动态范围、频率响应、器件尺寸等工作性能指标上的提升和关键技术。对未来基于铌酸锂电光效应的电场传感器发展前景和所面临的挑战进行了展望。

关键词：铌酸锂电场传感器电光效应集成光波导微结构

基于五芯光子晶体光纤的超大带宽低损耗新型模分复用器/解复用器

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光学学报 2024年第16期 55-66页

作者：惠战强李泽林韩冬冬李田甜西安邮电大学电子工程学院西安市微波光子与光通信技术重点实验室

提出了一种基于五芯光子晶体光纤的新型模分复用器/解复用器（MUX/DMUX）。采用本征模有限差分法和本征模展开法对MUX/DMUX的结构参数进行了优化。数值模拟结果表明，该器件能够以超低的插入损耗（IL）在主芯中同时复用/解复用LP01、LP1... 详细信息

提出了一种基于五芯光子晶体光纤的新型模分复用器/解复用器（MUX/DMUX）。采用本征模有限差分法和本征模展开法对MUX/DMUX的结构参数进行了优化。数值模拟结果表明，该器件能够以超低的插入损耗（IL）在主芯中同时复用/解复用LP01、LP11、LP21、LP31和LP125种模式。当输入光中心波长为1.55μm时，器件的模式转换效率大于96.7%,IL小于0.15 dB。所提出的MUX/DMUX结构紧凑，长度仅为1.84 mm。此外，该器件可以在620 nm（1.33～1.95μm，覆盖E、S、C、L、U波段）的超宽带内以小于-11.34 dB的串扰高效工作，在未来的模分复用系统中具有巨大应用潜力。

关键词：模分复用器/解复用器多芯光子晶体光纤模式耦合效率插入损耗

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基于无透镜散斑图像编码的集成式光谱检测

红外与激光工程 2024年第3期53卷 175-183页

作者：周天彪黄思远文龙陈沁暨南大学物理与光电工程学院纳米光子学研究院广东省纳米光学操控重点实验室广东广州511443

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通... 详细信息

近年来,片上光谱检测技术由于其优异的集成特性在各种应用中引起了广泛的关注。得益于集成在各类便携式平台的低成本图像传感器,与波长相关的图像编码技术成为一种新兴的集成式光谱检测方法。为了准确地对图像中的光谱信息进行解码,通常需要物镜和较大的工作距离,这些都不可避免地增加了光学系统的复杂性和整个检测系统的尺寸。文中提出了一种基于卷积神经网络算法的新型散斑图像编码技术,通过将纳米散射结构直接集成到图像传感器表面进行散斑成像,实现了无需光学镜头的片上集成式光谱检测功能。这种高集成、低成本的光谱检测方法和器件利用先进算法克服了有限硬件资源造成的弱光谱检测能力,有望在现场快检和分布式传感网络等领域得到应用。

关键词：显微光谱仪图像编码散射深度学习

基于双分支CNN结构和多注意力机制的输电线路状态识别方法

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光学学报 2024年

作者：尚秋峰樊小凯谷元宇王健健姚国珍华北电力大学电子与通信工程系华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室

针对输电线路运行状态实时监测问题，提出了一种以双分支CNN结构为框架，融合多注意力机制的深度学习模型。时序分支利用一维卷积神经网络（1DCNN）提取振动信号的时域特征；图像分支使用连续小波变换（CWT）将振动信号转换为二维时频... 详细信息

针对输电线路运行状态实时监测问题，提出了一种以双分支CNN结构为框架，融合多注意力机制的深度学习模型。时序分支利用一维卷积神经网络（1DCNN）提取振动信号的时域特征；图像分支使用连续小波变换（CWT）将振动信号转换为二维时频图像，利用二维卷积神经网络（2DCNN）提取图像的时频特征。加入通道和分支注意力机制增强模型对关键特征信息的挖掘，避免特征冗余。使用基于相位敏感的光时域反射系统（Φ-OTDR）采集了输电线路在不同运行状态下的振动数据。实验结果表明，所提方法的识别准确率达到了94.92%，与单分支网络、1DCNN-LSTM等五种深度学习模型，以及传统机器学习方法相比有着更加优越的性能。

关键词：双分支卷积神经网络多注意力机制信号识别输电线路连续小波变换