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长周期光纤光栅高灵敏度折射率传感研究

光电子·激光 2024年

作者：李丽姜捷梁丽丽杨康李国玉河北省光纤生物传感与通信器件重点实验室邯郸学院

基于长周期光纤光栅(long period fiber grating， LPFG)对环境折射率变化敏感的特性，本文提出了一种基于强度检测的LPFG高灵敏度折射率传感方案。理论分析和仿真验证了LPFG谐振峰强度对外界折射率变化敏感的特性；同时，仿真了应变对L... 详细信息

基于长周期光纤光栅(long period fiber grating， LPFG)对环境折射率变化敏感的特性，本文提出了一种基于强度检测的LPFG高灵敏度折射率传感方案。理论分析和仿真验证了LPFG谐振峰强度对外界折射率变化敏感的特性；同时，仿真了应变对LPFG谐振峰强度的影响，通过对比0和200με下LPFG谐振峰强度随环境折射率的变化，验证了增加应变可以实现折射率传感灵敏度的提升。经过实验验证，在1.4498-1.4558的折射率范围内，LPFG折射率传感初始灵敏度为1985dB/RIU；通过增加应变，在1.4498-1.4568的折射率变化范围内，LPFG折射率传感灵敏度提升到3182.9dB/RIU，可以实现高灵敏度的折射率传感。该传感方案具有结构简单，折射率传感灵敏度高等特点，在生物、化学及环境参数检测等领域具有潜在的应用价值。

关键词：长周期光纤光栅折射率强度检测应变

长周期光纤光栅单损耗峰实现轴向应变和温度双参量传感

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激光杂志 2023年第10期44卷 133-137页

作者：李丽姜捷梁丽丽杨康李国玉邯郸学院河北省光纤生物传感与通信器件重点实验室河北邯郸056005

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性:温度导致光栅中心波长漂移... 详细信息

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性:温度导致光栅中心波长漂移,温度灵敏度为90 pm/℃,但是对强度几乎没有影响;轴向应变主要影响光栅的强度,轴向应变灵敏度为12 dB/mε,对中心波长影响较小。实验结果表明,利用长周期光纤光栅单损耗峰从波长漂移和强度变化两个维度进行分析,可以实现温度、轴向应变的双参量同时传感。该方案结构简单,迟滞、重复特性好,具有一定的实际应用价值。

关键词：长周期光纤光栅轴向应变传感温度传感单损耗峰

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基于磁致伸缩棒的干涉型微纳光纤磁场传感器

激光与光电子学进展 2023年第7期60卷 354-358页

作者：贾灵艳梁丽丽谢飞王志达王辰王澳李国玉李燕刘明生河北工业大学电子信息工程学院天津300401 邯郸学院信息技术研究所河北省光纤生物传感与通信器件重点实验室河北邯郸056005 石家庄铁路职业技术学院河北石家庄050041

提出了一种干涉型微纳光纤磁场传感器,由微纳光纤干涉仪和TbDyFe超磁致伸缩棒构成,单模光纤经过熔融拉锥形成双锥型微纳光纤干涉仪,与TbDyFe超磁致伸缩棒平行固定封装,磁场作用下磁致伸缩棒和微纳光纤干涉仪发生轴向应变,引起干涉谱的... 详细信息

提出了一种干涉型微纳光纤磁场传感器,由微纳光纤干涉仪和TbDyFe超磁致伸缩棒构成,单模光纤经过熔融拉锥形成双锥型微纳光纤干涉仪,与TbDyFe超磁致伸缩棒平行固定封装,磁场作用下磁致伸缩棒和微纳光纤干涉仪发生轴向应变,引起干涉谱的波长漂移,形成波长编码型的光纤磁场传感器。实验结果表明,相同应变特性的微纳光纤干涉仪,磁致伸缩棒直径越小,磁场灵敏度越高,直径为2 mm的TbDyFe磁致伸缩棒组成的光纤磁场传感器灵敏度可以达到0.178 nm/mT,该传感器结构简单,易于制备,成本低廉,响应快,可以实现微弱磁场的高灵敏探测。

关键词：传感器光纤传感微纳光纤干涉仪磁场传感超磁致伸缩棒

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无线传感器网络中基于Voronoi覆盖及Delaunay三角剖分图的最小刚性拓扑控制算法

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自动化学报 2016年第10期42卷 1570-1584页

作者：薛亮陈晰赵继军黎作鹏关新平河北工程大学信息与电气工程学院邯郸056038 邯郸市光纤通信与宽带接入技术重点实验室邯郸056038 上海交通大学系统控制与信息处理教育部重点实验室上海200240

为同时满足覆盖与节能应用需求,本文提出了无线传感器网络中一种最小刚性拓扑控制算法MRTc(Minimal rigid topology control algorithm based on Voronoi coverage and Delaunay triangulation).该算法基于Voronoi覆盖机制,准确控制节点工作状态,实现活动节点对目标区域的完全覆盖.在此基础上,MRTc利用Delaunay三角剖分图的特点,构建出适用于无线传感器网络的最小刚性拓扑结构.该结构有效约束了网络平均节点度,且同时具有容错性、覆盖性和稀疏性.此外,MRTc引入节点功率控制策略,在维持网络完全覆盖的基础上最小化节点能耗.仿真结果进一步验证了本文提出的MRTc算法的有效性.

关键词：无线传感器网络拓扑控制最小刚性 Voronoi覆盖 Delaunay三角剖分图

基于新型亚微米层状结构碲化钒可饱和吸收体的纳秒锁模掺铒脉冲光纤激光器

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微纳电子技术 2024年第10期61卷 59-65页

作者：张康冯鸣解金月宋峰邯郸学院信息技术研究所河北省光纤生物传感与通信器件重点实验室河北邯郸056005 南开大学物理学院弱光非线性光子学教育部重点实验室天津300071

将亚微米层状结构的碲化钒(VTe_(2))与聚乙烯醇(PVA)充分混合,制备了VTe_(2)-PVA可饱和吸收体(SA)薄膜。利用紫外分光光度计测量了其线性吸收特性,发现其在400~1800nm波段均具有良好的吸收,证明VTe_(2)-PVASA薄膜具有优异的宽带吸收特... 详细信息

将亚微米层状结构的碲化钒(VTe_(2))与聚乙烯醇(PVA)充分混合,制备了VTe_(2)-PVA可饱和吸收体(SA)薄膜。利用紫外分光光度计测量了其线性吸收特性,发现其在400~1800nm波段均具有良好的吸收,证明VTe_(2)-PVASA薄膜具有优异的宽带吸收特性。将制备好的VTe_(2)-PVASA薄膜置于跳线端面并接入搭建的掺铒光纤激光腔内,构建了一个全光纤结构的纳秒锁模脉冲光纤激光器。该激光器输出的锁模脉冲中心波长为1568.15nm,3dB带宽为0.639nm,脉冲宽度为4.3ns。采用掺铒光纤激光腔结构,锁模脉冲最大平均输出功率为1.123mW。实验结果表明亚微米层状结构的VTe_(2)具有作为一种低成本的新型可饱和吸收材料的潜力,为被动锁模脉冲光纤激光器的发展开辟了新的道路。

关键词：脉冲激光锁模碲化钒(VTe_(2)) 光纤激光器可饱和吸收体(SA)

基于CWT-PSO算法的光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱分类及解调

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激光与光电子学进展 2023年第21期60卷 141-148页

作者：胡劲华郑炳理邓玉静任丹萍赵继军河北工程大学信息与电气工程学院河北邯郸056038 河北省安防信息感知与处理重点实验室河北邯郸056038

提出一种新型光纤布拉格光栅(FBG)传感网络系统,根据监测区域的优先级灵活配置传感器数目,从而提高带宽的利用效率,增加重点区域的传感器数量。由于各通道的光谱重叠程度存在差异性,实现重叠光谱的快速分类和精准解调尤为重要。基于连... 详细信息

提出一种新型光纤布拉格光栅(FBG)传感网络系统,根据监测区域的优先级灵活配置传感器数目,从而提高带宽的利用效率,增加重点区域的传感器数量。由于各通道的光谱重叠程度存在差异性,实现重叠光谱的快速分类和精准解调尤为重要。基于连续小波变换(CWT)-粒子群优化(PSO)算法实现了FBG传感网络的重叠光谱分类及解调。首先利用CWT分割光谱信号,根据重叠光谱的特征完成重叠光谱分类;然后使用PSO解调多个FBG重叠的光谱。仿真结果表明,所提方法有效降低了解调时间,且解调误差最大不超过10 pm。该研究工作为实现大容量FBG传感网络重叠光谱的快速精准解调提供了新思路。

关键词：光纤光学与光通信光纤布拉格光栅重叠光谱分类连续小波变换粒子群优化算法

WSN中层次型拓扑控制与网络资源配置联合设计方法

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自动化学报 2015年第3期41卷 646-660页

作者：赵继军谷志群薛亮李志华关新平河北工程大学信息与电气工程学院邯郸056038 邯郸市光纤通信与宽带接入技术重点实验室邯郸056038 上海交通大学系统控制与信息处理教育部重点实验室上海200240 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

综合考虑异构无线传感器网络中节点速率分配、簇的划分规则和链路层网络频带资源占用情况,提出一种基于拓扑控制与资源优化分配的层次型路由算法.在网络层,该算法根据成员节点和簇首节点的速率分配机制建立节点流量平衡模型.在链路层,... 详细信息

综合考虑异构无线传感器网络中节点速率分配、簇的划分规则和链路层网络频带资源占用情况,提出一种基于拓扑控制与资源优化分配的层次型路由算法.在网络层,该算法根据成员节点和簇首节点的速率分配机制建立节点流量平衡模型.在链路层,分析无线传感器网络频谱共享行为,研究邻近用户间访问冲突的规避抑制模型,重构网络频带资源.通过引入带宽比例因子ρ将可用频带划分成若干子带,提高网络频带资源的利用效率.本文基于跨层联合设计思路,建立一个混合整数非线性规划问题,对异构无线传感器网络中拓扑控制和网络资源分配问题联合设计,得到最优的分簇结果和资源分配方案.最后,在设定网络拓扑中评估性能,仿真结果证实该算法在网络频带资源充分利用的同时,可实现最优的簇首匹配和路由建立结果.

关键词：无线传感器网络路由算法混合整数非线性规划频谱共享

D型高双折射光子晶体光纤的折射率传感特性研究

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光子学报 2022年第3期51卷 196-205页

作者：伍铁生杨祖宁张慧仙刘智慧杨丹钟旭刘岩刘锐桂林电子科技大学信息与通信学院广西无线宽带通信与信号处理重点实验室广西桂林541004 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部重点实验室广东深圳518060 深圳大学光电工程学院广东省光纤传感技术粤港联合研究中心广东深圳518060

基于表面等离子体共振(SPR)原理,分析了D型高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)的折射率传感特性。模拟研究了抛磨角度对双折射、折射率传感灵敏度的影响。仿真结果表明:当抛磨面离纤芯的高度小于1.5倍占空比时,抛磨面离纤芯越近,双折射越小;... 详细信息

基于表面等离子体共振(SPR)原理,分析了D型高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)的折射率传感特性。模拟研究了抛磨角度对双折射、折射率传感灵敏度的影响。仿真结果表明:当抛磨面离纤芯的高度小于1.5倍占空比时,抛磨面离纤芯越近,双折射越小;随着抛磨角度的增加,双折射先增加后减小,折射率传感灵敏度随之减小;当抛磨角度为0°且折射率范围在1.330~1.390时,D型HB-PCF的平均折射率灵敏度高达2833.33 nm/RIU。此外,制备了一种D型高双折射率光子晶体光纤SPR传感器,实验测得其折射率灵敏度约为1711.83 nm/RIU。D型HB-PCF SPR传感器可应用于生物、化学和环境监测等领域。

关键词：光子晶体光纤表面等离子体共振折射率传感器侧边抛磨

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基于无芯光纤的多参数测量传感器

物理学报 2021年第6期70卷 107-114页

作者：孙家程王婷婷戴洋常建华柯炜南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 南京师范大学江苏省光电技术重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

设计并制作了一种基于单模-无芯-单模-无芯-单模光纤结构的马赫-曾德尔传感器,可用来同时测量折射率和温度.该传感器中,两处无芯光纤充当输入、输出耦合器,中间单模光纤作为传感臂.利用有限元仿真和理论分析,确定耦合器和传感臂的最优... 详细信息

设计并制作了一种基于单模-无芯-单模-无芯-单模光纤结构的马赫-曾德尔传感器,可用来同时测量折射率和温度.该传感器中,两处无芯光纤充当输入、输出耦合器,中间单模光纤作为传感臂.利用有限元仿真和理论分析,确定耦合器和传感臂的最优长度为15 mm.在无芯光纤中激发出的高阶模进入单模光纤的包层传输,由于倏逝场的作用,受到环境折射率和温度的影响.选取透射谱不同干涉级次的波谷作为研究对象,实现了折射率和温度的同步测量.实验结果表明:1545 nm附近干涉谷的折射率和温度灵敏度分别为–153.89 nm/RIU(refractive index unit)和0.166 nm/℃;1570 nm附近干涉谷的折射率和温度灵敏度分别为–202.74 nm/RIU和0.183 nm/℃.该传感器在实现折射率和温度同步测量的同时,仍能保持较高灵敏度,在生物医疗等方面有着较好的应用前景.

关键词：马赫-曾德尔传感器纤芯失配折射率和温度同步测量