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关键词： 光子晶体光纤   超连续谱   超快激光   数值模拟   非线性光学  

摘要： 超连续谱(Supercontinuum,SC)是由超短脉冲在非线性介质中传输时受到色散和非线性效应共同作用后光谱展宽形成的一种光学现象。超连续谱光源因具备宽光谱范围、高亮度和高相干性的特点,在生物医学、光通信、国防安全和环境学等领域具有广阔的应用前景,近年来备受关注。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)具有比传统光纤更高的非线性系数和灵活可控的色散等诸多优势,是目前使用最广泛的产生超连续谱的介质。本文利用分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程,从理论上对超快光源泵浦光子晶体光纤产生超连续谱进行了数值模拟仿真,为下一步开展相关实验奠定了重要的理论基础。主要的研究内容如下: 1、1.3μm泵浦大模场光子晶体光纤产生超连续谱的仿真模拟。使用位于光纤零色散点附近1.3μm的飞秒光源作为泵浦,从光纤长度、泵浦光脉冲宽度和平均泵浦功率三个方面展开了研究。结果表明,当脉宽为100fs、平均泵浦功率为12W、光纤长度为30 cm时,得到了从600 nm附近到2450 nm以上的超连续谱。首次在大模场光子晶体光纤中获得了1.3μm泵浦的宽约两个倍频程的超连续谱输出,且长波方向到达了石英玻璃的传输极限。该结果表明大模场光子晶体光纤是产生超连续谱的优良介质,为实现小体积、低成本的宽带超连续谱光源提供了一种可靠的理论依据。 2、在1μm附近泵浦高空气填充率光子晶体光纤产生超连续谱的仿真模拟。分别研究了不同泵浦光波长和重复频率下得到的输出光谱的差异。其中使用980 nm的飞秒光源在重频为500 kHz时得到了从460nm附近到2.5μm附近的超连续谱。该输出光谱覆盖了大部分可见光范围,并延伸到了石英玻璃的传输极限附近。结果表明高空气填充率光子晶体光纤在产生宽带超连续谱方面具有很大的潜力。 3、2μm泵浦大模场光纤和自主设计的ZBLAN光纤(锆石氟化钡镧氟化铝钠光纤)的仿真模拟。在2μm泵浦大模场光纤的研究中分别从光纤长度、脉冲宽度和平均功率三个方面对超短脉冲在光纤中的传输和演化进行了模拟仿真,结果表明在反常色散区内远离零色散点泵浦无法产生超连续谱。在2μm泵浦自主设计的ZB LAN光纤的研究中,分别采用了皮秒和飞秒泵浦,围绕光纤长度和平均泵浦功率这两个因素展开了模拟,得到了从1.2μm以下到3.6μm附近的中红外超连续谱。该结果对将来实验的开展具有重要的理论参考意义。

关键词： 光纤传感器   塑料光纤   折射率传感   表面皱褶LPG   机械压模  

摘要： 塑料光纤以其芯径尺寸大、可见光传输损耗低、价格低廉等优势而备受关注。此外,塑料光纤还具有质地柔软,可塑性强,更容易进行结构修饰的特点。由于其具有多模传输特性,塑料光纤传感器更适合低成本的强度调制,使其成为廉价光纤传感技术的潜在解决方案。 本文以实现低成本、高灵敏度折射率传感为目的,提出了塑料光纤表面皱褶长周期光栅（LPG）和扁平形塑料光纤表面皱褶LPG的折射率传感器,并研究了它们的折射率传感特性。研究内容和主要研究结果如下: 利用几何光学的光线理论,数值模拟,并分析了多模光纤表面皱褶LPG的光传输特性。结果显示,环境折射率越高、光纤芯径越小,LPG的结构越长、沟槽越深,光波通过表面皱褶LPG的传输损耗就越大。 利用热拉伸方法改变商用塑料光纤的直径,并在其上采用简单的机械压模技术制备了光栅周期为300μm的表面皱褶LPG。理论模拟和实验结果显示,塑料光纤的直径越小,LPG越长,且沟槽越深,其折射率灵敏度越高。当塑料光纤的直径为600μm,LPG的长度为6cm、周期为300μm、沟槽深度为150μm时,折射率灵敏度为1247%/RIU,测量分辨率为8.829×10-4RIU。 采用简单的机械热压方法将商用塑料光纤压制成扁平形塑料光纤,并在其上采用机械压模技术制备了光栅周期为300μm的表面皱褶LPG。理论模拟和实验结果显示,LPG的结构参数会影响其折射率传感特性,扁平形塑料光纤的厚度越小、LPG的沟槽深度越深、长度越长,其折射率传感特性越好。当扁平形光纤的厚度为600μm,LPG的周期为300μm、槽深为200μm、长度为6cm时,折射率灵敏度为1447%/RIU,测量分辨率为5.494×10-6RIU。 理论模拟和实验结果均表明,在一维方向压扁塑料光纤,与在二维方向拉细塑料光纤,两者均可以有效提高其上LPG的折射率传感特性。此外,对塑料光纤去包层、LPG条纹进行倾斜、或对LPG进行宏弯曲等结构处理,均可以明显提高塑料光纤LPG的折射率传感特性。

关键词： 差分吸收激光雷达   CO2浓度廓线   2μm波段光纤激光器   多波长可切换  

摘要： 2.05μm附近是大气高透射窗口,同时也是CO2气体吸收波段,该波段激光器在大气传输、激光雷达、空间光通信和大气环境监测领域均具有重要应用价值。本文从2μm波段差分吸收激光雷达（DIAL）原理出发,模拟仿真了CO2气体测量DIAL（CO2-DIAL）系统,分别设计搭建了2μm波段双波长可切换单纵模（SLM）连续光纤激光器和双波段四波长可切换光纤激光器,并对其输出特性进行了详细研究。主要研究内容如下: 1.从DIAL原理出发,建立2μm波段DIAL方程并推导出CO2浓度反演算法;提出2μm波段CO2-DIAL系统指标并设计系统构建方案,仿真模拟了大气模式模型并分析了2μm波段大气吸收与散射特征,确定了CO2-DIAL工作波长;模拟了CO2-DIAL雷达回波信号和浓度反演算法,并对DIAL系统测量误差进行了分析。 2.提出一种基于飞秒激光直写光纤布拉格光栅（FBG）的SLM双波长可切换铥钬共掺光纤激光器（THDFL）;两个FBG与定制的1×2电控光开关（EC-OS）组合形成双波长可切换滤波器,引入SA型动态超窄带滤波器进行SLM选择,实现了双波长单频激光可切换输出,且两个输出激光波长分别严格对应CO2的强吸收峰（2047.860 nm）和弱吸收峰（2047.603 nm）;输出激光的最大光谱波长和功率波动分别为0.015 nm和0.303 d B、OSNR>72 d B、RIN≤-143.11 d B/Hz@≥5 MHz、线宽≤2.68 k Hz,30 min内输出功率波动小于0.076 dB。 3.提出一种1.94μm和2.04μm双波段四波长可切换SLM THDFL;使用飞秒激光逐点法直接在熊猫型保偏单模光纤（PMF）中写入两个分别工作在1.94μm和2.04μm附近的高双折射光纤布拉格光栅（HB-FBG）,和EC-OS组合形成波段可切换的偏振相关四通道滤波器（BS-PDFCF）用于THDFL的波长选择,再结合SA实现激光SLM振荡;THDFL实现了4个单波长和2个双波长SLM激光切换输出,最大光谱波长和功率波动分别为0.012 nm和0.386 d B,OSNR>76 d B、RIN≤-142.48 d B/Hz@≥5 MHz、线宽≤3.59 k Hz@1.94μm波段且≤5.46 kHz@2.04μm波段。

关键词： 深度学习   裂纹检测   YOLOv5  

摘要： 针对传统焊材制造业对焊条外观质检效率不高、浪费人力资源问题，本文设计了一种基于YOLOv5的电焊条表面裂纹检测系统，用来检测成品电焊条表面是否存在裂纹，并根据检测结果自动对电焊条分级并传输给自动分拣机。通过对多种品种的外观检测，证实了裂纹识别的准确率达到90%以上，满足了外观质量管控要求，并且检测速度能够跟上生产节奏。