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基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究

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中国舰船研究 2024年第2期19卷 252-256页

作者：程朴覃慧玲蒲亮华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心湖北武汉430223 武汉船舶通信研究所湖北武汉430205

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入... 详细信息

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。

关键词：光纤传感器长周期光纤光栅位移传感器折射率调制气球形传感器

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脉冲放电驱动磨料流辅助磨削单晶碳化硅研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 383-392页

作者：陈钊杰谢晋刘军汉熊长新李迪帆华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心武汉430223

单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此... 详细信息

单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此,在单晶碳化硅的金刚石磨削中,利用砂轮与工件间的脉冲放电驱动游离磨料流动,抵消机械作用对其表面及亚表面的影响,探究机械加工、磨料流抛光和热化学去除的复合加工对表面完整性的作用机制。首先建立复合加工表面成型与脉冲放电和流体动压的关系模型,然后分析脉冲放电对材料去除率以及磨粒损耗率的影响,最后讨论去毛刺效果、表面残余应力及亚表面损伤等。结果表明:在固结磨粒切削与轮廓复制过程中工件与磨粒界面形成了复合加工链,脉冲放电可驱动游离磨粒并对表面进行热化学改性,游离磨粒获得去除力去消除表面二氧化硅并重新暴露出Si-C键。降低脉冲放电能量和流体动压会促进脆性破坏转变为高表面质量的塑性去除。即使较大切深和较大主轴端跳产生的机械振动,脉冲放电驱动的热化学改性及游离磨粒抛光与金刚石磨削复合可以将残余压应力、表面微毛刺和亚表面损伤层厚度分别减少93%、73%和50%。

关键词：亚表面损伤残余应力单晶碳化硅脉冲放电磨料流加工

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半绝缘砷化镓光电导天线的封装优化

激光与光电子学进展 2024年

作者：张梓桐王天一郭宇飞李金江添翼王建波齐志强王晨晟华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心大恒新纪元科技股份有限公司

宽谱太赫兹脉冲在国防科技、安防探测、无损检测等方面有着巨大潜力。基于半绝缘砷化镓（SI-GaA s）的光电导天线（PCA）作为常见的宽谱太赫兹脉冲产生器件具有易于加工、发射频谱宽等特点。PCA芯片普目前遍面临太赫兹发射功率较低的问... 详细信息

宽谱太赫兹脉冲在国防科技、安防探测、无损检测等方面有着巨大潜力。基于半绝缘砷化镓（SI-GaA s）的光电导天线（PCA）作为常见的宽谱太赫兹脉冲产生器件具有易于加工、发射频谱宽等特点。PCA芯片普目前遍面临太赫兹发射功率较低的问题，而通过改进器件耐压性来提升功率是最直接且有现实意义的方法之一。本工作利用氮化硅和硅凝胶对PCA芯片进行钝化和封装，并利用时域光谱系统（THz-TDS）测量其太赫兹波形。结果表明：一、氮化硅钝化层的引入可以增大无激光照射下的器件电阻约一个数量级、提高太赫兹波幅值约6倍、将在大气环境下探测到的太赫兹谱宽从1.5 THz扩展至约3 THz；二、硅凝胶能对激光起到汇聚或发散作用，同时也可以提高器件耐压性至少1.4倍，进而提升太赫兹波幅值约1.5倍。

关键词：太赫兹脉冲光电导天线太赫兹时域光谱欧姆接触绝缘封装

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高吸收锗硅酸盐掺铋光纤及其增益性能研究

中国激光 2024年第2期51卷 130-135页

作者：刘少坤何乐殷晓科褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

目前基于掺铒光纤放大器(EDFA)的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段(1524~1625 nm)。在E+S波段,锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽,具有重要研究价值,但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺... 详细信息

目前基于掺铒光纤放大器(EDFA)的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段(1524~1625 nm)。在E+S波段,锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽,具有重要研究价值,但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤,其使用长度得到大大缩短,同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能,泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm,输入信号总功率为-20 dBm。结果表明,50 m长的光纤在1414~1479 nm实现了大于20 dB的增益,65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大(33 dB),单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。

关键词：光纤光学锗硅酸盐掺铋光纤高吸收 E+S波段放大

Q235钢扫描激光热丝焊接工艺特性与组织性能研究

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中国激光 2024年第12期51卷 58-66页

作者：于宸乾任刚黄映杰高明华中科技大学武汉光电国家研究中心九江中科激光技术研究院

以Q235低碳钢为材料，研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明：在扫描激光的作用下，焊缝的成形变得更加均匀，飞溅减少，焊缝熔深减小，熔宽增大，截面熔合区底部变得更加平滑；扫描激光的加... 详细信息

以Q235低碳钢为材料，研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明：在扫描激光的作用下，焊缝的成形变得更加均匀，飞溅减少，焊缝熔深减小，熔宽增大，截面熔合区底部变得更加平滑；扫描激光的加入降低了熔池的温度梯度，抑制了粗大柱状晶的生长，改变了铁素体晶粒形态，细化了熔合区组织，提高了焊缝韧性及延伸率；扫描激光促进了焊缝成分的均匀化分布，抑制了偏析，降低了熔合区显微硬度。由于激光作用面积增大等因素，光束扫描增强了激光热丝焊接对间隙的桥接能力。

关键词：激光技术激光热丝焊接光束扫描微观组织力学性能

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光纤陀螺热致漂移分析及算法补偿技术研究

光学学报 2024年第2期44卷 127-134页

作者：冷悦钟胜华中科技大学人工智能与自动化学院湖北武汉430074 多谱信息智能处理技术全国重点实验室湖北武汉430074 华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心湖北武汉430223

通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导,分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因,并结合过程相关性理论,对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析,提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算... 详细信息

通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导,分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因,并结合过程相关性理论,对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析,提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算法补偿模型。对该模型的补偿效果进行离线补偿验证,结果表明,采用该算法补偿模型能明显抑制光纤陀螺的变温零漂。为了进一步验证该模型的有效性,把离线获得的补偿参数载入陀螺存储器,经过多样本实验测试,补偿后可有效提高光纤陀螺的全变温零偏稳定性,验证了该补偿算法在工程上的可实施性和推广价值。

关键词：光纤光学光纤陀螺 Shupe效应光纤环圈温变速率补偿算法

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磷硅酸盐掺铋光纤实现O+E波段放大

中国激光 2024年第2期51卷 106-110页

作者：殷晓科何乐刘少坤褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

由于数据流量需求的逐年增加,现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机,实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口,因此具有重要的研究意义... 详细信息

由于数据流量需求的逐年增加,现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机,实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口,因此具有重要的研究意义和广阔的应用前景。报道了一种基于改进的化学气相沉积技术制备的磷硅酸盐掺铋光纤,并测试了其基本参数及放大性能。该掺铋光纤在1550 nm处的背景损耗为21 dB/km,在1240 nm处的吸收系数达0.58 dB/m,非饱和损耗占比为13.6%。通过搭建单级前向泵浦结构测试了该掺铋光纤的放大性能,当输入信号功率为-15 dBm时,采用泵浦功率为460 mW的1240 nm半导体激光器进行泵浦,将光纤长度优化至140 m,实现了O+E波段(1270~1480 nm)的净增益,并在1340 nm处得到了最大增益(21.2 dB),其3 dB带宽约为55 nm(1310~1365 nm)。

关键词：光纤光学掺铋光纤宽带放大 O波段 E波段

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用于U波段高效放大的高锗掺铋光纤

中国激光 2024年第6期51卷 189-194页

作者：刘少坤殷晓科何乐褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

掺铋(Bi)光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注,然而实现U波段高效放大的高锗(Ge)掺铋光纤在国内依然尚未研制成功,这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点,同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一... 详细信息

掺铋(Bi)光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注,然而实现U波段高效放大的高锗(Ge)掺铋光纤在国内依然尚未研制成功,这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点,同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术,制备了一种纤芯GeO2摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示,在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能,在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益,增益效率达0.165 dB/mW。

关键词：光纤光学高锗掺铋光纤改进的化学气相沉积 U波段放大

一种用于半导体泵浦激光器的TEC温度控制系统

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光学与光电技术 2024年第4期 14-20页

作者：井李强李维康邵捷席文强华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心

为了减小温度变化对半导体泵浦激光器应用质量的影响，设计了一种基于热电制冷器（Thermo-Electric Cooler,TEC）的温度控制系统。系统以STM32为核心控制器，通过温度采样与控制模块确定泵浦模块目标温度与实际温度之间的温差，结合TEC... 详细信息

为了减小温度变化对半导体泵浦激光器应用质量的影响，设计了一种基于热电制冷器（Thermo-Electric Cooler,TEC）的温度控制系统。系统以STM32为核心控制器，通过温度采样与控制模块确定泵浦模块目标温度与实际温度之间的温差，结合TEC电源模块和主电路模块，并利用PID算法为TEC提供合适的驱动电流使其加热或制冷，以热传递的方式改变泵浦模块的温度，通过闭环控制保证泵浦模块温度的稳定。实验结果表明，温控系统控温精度不超过±1℃，具有良好的稳定性，在工业智能领域中具有一定的应用价值。

关键词：激光测距温度控制 TEC制冷器半导体泵浦激光器 PID控制