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关键词： 少模光纤   长周期光纤光栅   模式转换器  

摘要： 少模长周期光纤光栅（FM-LPFG），作为一种与少模光纤高度集成的模式转换器，具有转换效率高、插入损耗小、鲁棒性强、制作简单以及与光纤系统兼容等优点，在光通信系统、多横模激光器、光场调控和光传感等领域都展现出极广阔的应用前景。本文旨在综述FM-LPFG模式转换器及其应用的最新研究进展。首先，阐述了少模光纤的模式理论基础及长周期光纤光栅的模式耦合与转换机理；随后，对当前FM-LPFG的主要制造方法和特点进行了介绍，重点从高阶、宽带、多通道FM-LPFG的高效激发原理、制备方法及研究进展三方面进行了详尽的总结；最后，探讨了FM-LPFG在结构光产生、少模光纤激光器、光纤传感等领域的应用。随着现代社会对大容量信息传输和处理需求的逐年增长，新结构、高性能、多功能FM-LPFG的研制有望成为新一代光纤无源器件的重要发展方向。

关键词： 激光器   可见光激光   掺稀土光纤激光器   连续波   调Q   锁模  

摘要： 位于人眼可见波段（380～780 nm）的激光，在显示、生物医疗、精密加工、精密光谱、光通信等领域有着重要的应用价值。在众多可见光激光的产生方法中，可见光掺稀土光纤激光器因具有高效率、高光束质量、结构简单且免维护等优势，近年来受到国内外的广泛关注。对可见光掺稀土光纤激光器的研究进展进行了详细综述，介绍了可见光连续波光纤激光器、可见光调Q脉冲光纤激光器及可见光锁模脉冲光纤激光器的产生方式和特点。最新研究进展表明，其可覆盖蓝（～480 nm）、青（～491 nm）、绿（～520 nm）、黄（～573 nm）、橙（～605 nm）、红（～635 nm）及深红（～717 nm）等丰富的可见光波长，全光纤可见光输出功率已迈向10 W，而且可见光锁模超短脉冲宽度已窄至<200 fs。结合应用需求，简要展望了可见光波段光纤激光器的发展趋势。

关键词： 时栅角位移传感器   动态性能   在线检测   数据同步   直驱电机  

摘要： 近些年,时栅角位移传感器在某领域得到了广泛应用,但在个别应用场合中仍存在刚性不足、速度稳定性差等问题,其本质涉及到进一步提升时栅动态性能的问题,迫切需要研发能够模拟在线工作状态下获取时栅动态数据的检测系统,依据动态误差理论,分析其在线工作时的动态特性,有针对性的开展研究工作,以解决上述应用中出现的问题。 传感器的静态误差和分辨力容易检测,但当传感器接到驱动器作为反馈部件参与直驱电机控制时,在实际工作状态下的动态性能很难检测,难点在于:其一,在线工作状态下,传感器的信号既要反馈给驱动器,还要与基准仪器的数据进行动态比对;其二,在不影响驱动器工作的同时将传感器和基准仪器的数据实时同步采样。 本文提出一种应用于直驱电机反馈的时栅动态性能在线检测方法,旨在解决时栅角位移传感器在线工作状态下动态性能指标的检测,并与基准仪器进行比较,从而分析时栅动态特性,对进一步完善时栅设计提供有力的实验支撑,该方法对直驱电机以外其它使用角度传感器的设备同样适用。本文的主要研究内容如下: (1)分析了时栅静态、离线动态和在线动态检测原理,提出了应用于直驱电机反馈的时栅动态性能在线检测系统,并对时栅的动态特性进行了理论分析和公式推导。 (2)针对要解决的在线系统动态同步采集和自动进行动态性能指标的检测,本文设计了数据采集单元的硬件电路和FPGA内部逻辑程序,提出一种串行主机动态数据同步采集的方法,有效地解决了数据同步的问题。通过C#软件开发了上位机应用软件完成了动态性能指标的自动计算和评估。 (3)利用所设计的实验系统采集了时栅在线动态数据和离线动态数据,对实验结果进行了详细分析,实验结果表明:本课题设计的应用于直驱电机反馈的时栅动态性能在线检测系统,能够真实地反映在线工作状态下的时栅动态性能,能够反映出时栅动态数据的真实情况,为后续时栅动态性能优化提供了有力的实验分析手段。

关键词： 双卡套管路接头   光纤光栅   应力   密封性能   安装偏差   基础激励  

摘要： 航空管路系统由管体、卡箍和管路接头组成,与泵、阀和作动器连接,实现飞机的各项操控任务。管路接头作为连接和密封部件,在泵源流体脉动和基础激励作用下,容易导致其密封性能会下降、渗漏、泄漏甚至失效,对于飞机系统可靠性和安全性构成重大威胁。航空管路接头类型主要有永久式管路接头、可分离式管路接头和柱端式管路接头,其中可分离式管路接头又分为扩口式管路接头和无扩口式管路接头。无扩口式卡套式管路接头因其安装过程简单、减少漏点、节省空间、降低成本等优点,得到了广泛应用。目前,国内外学者对扩口式管路接头的密封性能开展了研究,并取得了丰富的研究成果,其结果表明扩口锥面接触应力是评价接头密封性能最重要的指标,而且对于无扩口管路接头应力测试与密封性能分析报道较少,通过对接触应力的测试可以客4观的评议密封性能的衰减,但由于无扩口管路接头内部空间狭小,传统的传感器无法布置,因此,本文研究了基于光纤光栅的无扩口卡套式管路接头应力测试方法,并进行了不同工况下接头密封性能分析,为航空管路系统安全可靠运行提供了技术指导。 本文以卡套式管路接头为对象,采用仿真计算与试验测试相结合的方法,建立了考虑管路接头的管路系统有限元模型,分析了安装参数与结构参数对管路接头内部应力的影响,提出了基于光纤光栅传感的管路接头应力的测试方法,获得了不同装配状态、振动环境下管路接头应力的变化规律。具体进行的研究内容及其研究结果如下。 1)提出了基于等强度梁的光纤光栅应变传递系数标定试验方法,搭建了光纤光栅等强度梁试验系统,通过等间隔加载力作用,获得光纤光栅传感应变传递系数。在此基础上进一步进行了动态激振力对比试验,并于传统应变片测试结果进行了对比分析,验证了光纤光栅传感测量的有效性。 2)建立了考虑不同预紧力的管路系统有限元模型,分析了不同拧紧力矩下管接头的应力变化趋势和密封带宽变化,光纤光栅试验测试结果与仿真计算结果进行了对比验证。在此基础上,进一步讨论了管壁厚度、接触摩擦系数、材料参数管接头接触应力的变化规律。 3)建立了考虑初始安装角度偏差的管路接头有限元模型,分析了不同安装角度偏差对管路接头的应力变化趋势和密封带宽变化的影响,进一步分析了不同拧紧力矩下安装角度偏差对管路接头的应力变化影响,在此基础上,搭建了考虑初始安装角度偏差的管路接头应力测试系统,试验测试结果与仿真结算进行了对比验证。 4)考虑管路接头基础激励作用,搭建了基础激励下管路接头振动应力测试系统,开展了共振下和非共振状态下管路接头振动应力变化。并与仿真计算结果进行了对比验证。在此基础上,进一步讨论了不同激励幅值下管路接头振动应力的变化,揭示了基础激励下管接头振动应力的变化规律。 本文建立了管路接头的管路系统有限元模型,分析了不同拧紧力矩下管路接头的应力变化趋势和密封带宽变化,揭示了安装角度偏差对管路接头内部接触应力的影响规律,搭建了基础激励下管接头振动应力振动试验测试系统,获得了基础共振下和非共振状态下激励下管路接头振动应力的变化规律。本文的研究工作可为航空管路系统的运行状态监测与安全可靠运行提供技术指导。

关键词： 中红外激光   稀土掺杂光纤激光器   氟铝基玻璃   氟铝基玻璃光纤  

摘要： 中红外波段（2.5～5.0μm）的激光由于位于大气传输窗口、分子特性吸收区和热辐射能量聚集区域，因此在大气遥感、医学诊疗、精密探测以及材料加工等领域中展现出了巨大的应用潜力。光纤激光器因其优异的光束质量、紧凑的结构、出色的散热能力以及高效的光-光转换等优势而备受关注。随着光纤激光技术的发展，其输出波长范围逐渐扩展至中红外波段。氟化物玻璃具有低声子能量、宽中红外透过范围和高稀土离子溶解度等特性，可作为中红外光纤激光器的增益介质。在众多种类的氟化物玻璃中，氟铝基玻璃因其出色的抗潮解性能和机械强度，成为潜在的可应用于高功率激光系统的增益材料。回顾了自20世纪50年代以来，氟铝基玻璃在组分、结构、中红外发光特性以及光纤制备工艺等方面的发展历程，并重点介绍了中红外氟铝基光纤激光器的最新研究成果。目前，中红外氟铝基光纤激光器已实现数瓦级中红外激光输出。展望未来，通过开发新型氟铝基玻璃体系，探索双包层氟铝基玻璃光纤制备工艺，研究光纤光栅刻写和异质光纤熔接技术，有望实现全光纤化结构的中红外氟铝基光纤激光器，并实现更高功率、更高效率和更长波长的中红外激光输出。