Fiber laser sensors for micro seismic monitoring

Micro seismic monitoring technologies based on fiber laser sensors were introduced. Owing to the characteristics of narrow line width, low noise, fiber laser sensing can achieve high sensitivity and low system noise through some methods, such as enhance-sensitivity packaging, interferometric demodulation technology. With the advantages of small in size, resistant to high temperature and pressure, and easy to be wavelength division multiplexing, it is very fit for micro seismic monitoring. The principles of fiber laser hydrophone and fiber laser accelerometer were described. Some factual application examples of using these fiber laser sensors for micro seismic monitoring were presented.     

半导体激光阵列合束技术的研究

综述了几种典型的半导体激光阵列合束方法,介绍了近年来半导体激光光束合成的最新进展,分析了各种合成方法的技术特点,总结了半导体激光阵列合束技术的发展趋势.研究发现光谱合束技术的输出光束光强分布不随阵列单元数而变化,且在远场和近场均能保持较好的叠加,大大提高了远场光束的亮度,有望成为未来半导体激光光束合成的重要发展方向.     

用于激光背光源电视的扫描分光与消散斑系统

针对单颗激光二极管光功率过高不能直接用于激光液晶电视光源阵列的限制,本文设计了将高功率激光束分为多束功率接近的子光束的扫描分光系统,从而为液晶电视提供激光背光。系统中激光器发出的准直光束经过扫描振镜进行二维扫描后,经凸透镜和柱面透镜会聚成一条细线型光束耦合进一维多模光纤阵列,从而达到分光的目的。此外,基于扫描振镜和多模光纤实现了系统散斑的抑制。实验结果显示,11根光纤的平均单根出射功率为674.13μW,离散系数为16%,平均散斑对比度为0.162。使用激光作为背光源的激光液晶电视因其优秀的显示性能而具备强大的市场竞争力和广阔的市场前景。     

Design and application of fiber Bragg grating (FBG) geophone for higher sensitivity and wider frequency range

The fiber Bragg grating geophone sensor with higher sensitivity and wider frequency range was reported. The methods to increase the sensitivity of the FBG cantilever sensor were presented. The acceleration sensitivity of the optimized FBG geophone is 220 pm/g, and the resonant frequency can reach to 295 Hz. The experiments show that the FBG geophone system has the minimum detectable acceleration of 1 mm/s². Some factual application examples of using this fiber Bragg grating geophone monitoring system for micro seismic monitoring in coal mine were presented.     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

半导体激光器列阵的smile效应与封装技术

为了减小半导体激光器列阵在封装过程中引入热应力而产生的smile效应,提高半导体激光器列阵光束质量,利用对半导体激光器列阵发光点成像放大的方法,准确测量了半导体激光器列阵的smile效应,测量误差为±0.1μm。由于smile效应的准确测量能客观地比较减小smile效应的各种技术与方法,本文根据分析测量结果,提出了通过优化封装半导体激光器列阵焊接回流曲线的方法,使smile效应值控制在±0.5μm内。该方法减小了半导体激光器列阵的smile效应值,提高了激光器列阵光束质量,为下一步研制小芯径、高光束质量半导体激光器列阵光纤耦合模块提供了基础条件。     

应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅

利用800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅,并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性.基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案;以计算机控制1.3 mW飞秒激光,使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅,实验显示该光栅在1 200～1 700 nm波段的主谐振峰值可达-17 dB.利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验,在300～800℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056 nm/℃,线性度为0.992.实验结果表明,提出的以800 nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠,写制的光栅在高温环境下变化均匀,不易退化,响应特性良好,适用于高温检测.     

大靶面激光光幕靶研究

针对大靶面、高精度弹丸速度测量的要求,提出一种新型激光光幕靶弹丸速度测量系统。该系统采用大功率90°扇形线状激光器做为光源,两列高灵敏度光电二极管阵列作为接收装置,当弹丸穿越激光光幕面时,遮挡了部分投射在光电二极管上的光线,光电二极管产生微弱电信号,经放大、整形后输出一个脉冲信号,触发计时仪开始或停止计时。两台同样的装置配合测时仪,便可组成激光光幕靶测速系统。经实弹实验证明,该系统具有高灵敏度和高精度的特点。     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

水导激光微细加工中激光与水束光纤耦合技术

为了保证水导激光微细加工中会聚激光与水束光纤的耦合效果,建立了高精度的耦合对准系统,提出了新的耦合对准方法,研制了特殊结构的耦合装置。由于激光要经过空气层、玻璃层、水层进入水束光纤,因此根据计算结果,采用特殊方法来确定会聚透镜与水束光纤起始端(喷嘴孔)的距离;研究了激光在水束光纤中发生全反射的最大入射角;通过流体动力学仿真,设计了腔内流场分布均匀的耦合装置,保证了直径0.12mm的水束光纤的高耦合品质;研究了激光能量在水束光纤中的衰减,采用特定波长、脉冲能量的激光和特殊过滤的去离子水来减小激光能量在水束光纤中耦合的损耗率。试验结果表明,能生成导光长度超过100mm的水束光纤;采用该耦合技术能够在0.2mm厚的硅基晶片上以2mm/s速度切割出缝宽0.12mm的均匀窄缝,几乎无裂纹、无热影响区。该耦合技术能够很好满足水导激光微细加工的要求。     

高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统

基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术,构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源,使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池,通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配,利用激光失谐技术快速断开入射激光,从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm^-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明,乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999,最大相对误差小于2.5%,极限检测灵敏度为2×10^-6;逐次充入一定体积的乙炔气体,动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高,具有较好的动态响应特性,可用于电力变压器故障气体实时在线监测。     

A multichannel time-domain scanning fluorescence mammograph: performance assessment and first in vivo results

We present a scanning time-domain fluorescence mammograph capable to image the distribution of a fluorescent contrast agent within a female breast, slightly compressed between two parallel glass plates, with high sensitivity. Fluorescence of the contrast agent is excited using a near infrared picosecond diode laser module. Four additional picosecond diode lasers with emission wavelengths between 660 and 1066 nm allow to measure the intrinsic optical properties of the breast tissue. By synchronously moving a source fiber and seven detection fiber bundles across the breast, distributions of times of flight of photons are recorded simultaneously for selected source-detector combinations in transmission and reflection geometry either at the fluorescence wavelength or at the selected laser wavelengths. To evaluate the performance of the mammograph, we used breastlike rectangular phantoms comprising fluorescent and absorbing objects using the fluorescent dye Omocyanine as contrast agent excited at 735 nm. We compare two-dimensional imaging of the phantom based on transmission and reflection data. Furthermore, we developed an improved tomosynthesis algorithm which permits three-dimensional reconstruction of fluorescence and absorption properties of lesions with good spatial resolution. For illustration, we present fluorescence mammograms of one patient recorded 30 min after administration of the contrast agent indocyanine green showing the carcinoma at high contrast originating from fluorescence of the extravasated dye, excited at 780 nm.     

激光测距仪时序发生器设计

以提高测距精度为目的，研究激光测距仪内部时序模块，对影响激光测距仪测距精度的因素进行分析。使用以外部延迟链芯片作为延迟线的方法，设计并制作了时序发生器的现场可编程门阵列（FPGA）开发板。测试结果表明，所设计的时序发生器能够实现11 ps的时序分辨率与最大600 Mbit/s的数据速率，达到了预期的目的。     

分布反馈光纤激光水听器封装结构的设计

针对分布反馈式(DFB)光纤激光器用于水声探测时频响曲线起伏较大的问题,设计了一种开孔套管式封装结构。通过对DFB激光器的封装,使其张紧后被聚氨酯固定于开孔套筒的中心轴线上,利用开孔套管的保护作用以及施加于光纤激光器两端的拉力来抑制水声探测过程中频响曲线的起伏。基于有限元软件ANSYS对封装结构的动态特性进行了数值仿真计算,然后加工制作了开孔套管结构封装的DFB光纤激光水听器原型样品,并利用振动液柱法进行了测试。试验结果显示,DFB光纤激光水听器在20～800Hz的声压灵敏度达到-131dB左右,灵敏度起伏不高于±1.5dB,表明通过该封装结构的保护及聚氨酯的张紧作用,有效抑制了频响曲线的起伏,改善了DFB光纤激光水听器的水声探测性能。     

快速并行激光显微切割方法

针对传统激光显微切割采用单激光焦点与工件相对运动形成加工轨迹,存在切割效率低、切割轨迹首尾不易闭合等局限性,提出基于数字微镜器件的无机械运动激光显微切割方法。通过调控数字微镜阵列,对激光光束的振幅进行调控,配合光路设计在样品区域得到任意的光场强度分布,实现强度近乎相同的面投影并行切割。阐述了关键参数设计、模拟仿真、系统搭建过程。先对聚酯薄膜进行直线、空心圆环、空心矩形等多种图案的切割,再对冷冻切片的细胞组织进行切割。实验表明,通过一次投影并行切割可设计的图案化结构,目标图形准确,切割效率高。在20×物镜下,最小切割线宽达到亚微米,最小圆环直径小于单细胞直径。该方法可为提高激光显微切割系统的效率和精度提供新思路和新方向。     

基于激光扫描的铁谱全谱定量分析系统研究

介绍了最新研制的一种基于激光扫描的铁谱全谱分析系统的工作原理、总体结构和应用实例。该系统利用旋转漏斗结合高梯度磁场制备磨屑的沉积谱片，依靠高精度激光传感器和自动检测装置实现铁谱片的全谱检测，并实时进行数据显示和计算机采集。利用故障诊断软件对全谱数据及其它指标数据进行综合分析，参考设备库和故障库，生成磨损监测和故障诊断报告。     

Er3+/Yb3+共掺双包层光纤的高功率L-band 光纤激光器的实验研究

采用端面泵浦的方式,用尾纤输出波长为976 nm的高亮度多模半导体激光器, 包层泵浦的铒镱共掺双包层大模面积光纤,非球面镜组耦合系统,进行了共掺双包层光纤的高功率L-band光纤激光器的研究,泵浦耦合效率达到了62%以上,并在F-P激光振荡腔中实现了高效的连续激光输出。在光纤长度为30 m、入纤功率为 13.41 W时,首次报道输出连续功率达到了4.3 W。激光器的斜率效率为44％, 激光输出中心波长1 603 nm。     

A Laser Ranging System Using Chaotic Light

A novel laser ranging system using chaotic laser as probe light source is designed and presented.The system is made up of five components:chaotic light source,transmitter,receiver,data acquisition unit and data processing unit.Chaotic light is generated by an 808 nm,500 mW,single-mode laser diode with optical feedback cavity.Single target detection and multi-target detection are experimentally realized by correlating the chaotic reference light and the reflected or backscattered probe light.The performances,including the resolution of 18 cm within at least 130 m range and the sensitivity of-20 dB,are achieved and analyzed.     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。