应用于内窥镜的聚酰亚胺涂覆双包层光纤束(英文)

本文研究了一种适用于临床前研究的小型化(0.4mm)、低成本纤维束内窥镜装置。该装置包含有一个渐变折射率(GRIN)透镜,它安装在光纤图像引导器的近端。提出了一种简化、低成本的装置连接方案,并讨论了可应用的连接方案。装置中使用的纤维束表面包覆有聚酰亚胺,其在长期和短期植入时都具有生物相容性。最终制备的装置能够承受化学清洗、消毒和高压灭菌,满足普通实验室和临床程序的需求,并且对整体性能有较小的影响。为了验证纤维束的成像质量,本文使用标准测试靶标和荧光微球进行评估。结果表明,光纤与自发荧光之间的串扰对成像质量的影响很小,该纤维束无需复杂光路和激光扫描即可实现荧光样品分子级的分辨率。     

双包层光纤激光器的研究进展

在概述双包层光纤结构和包层泵浦激光器的结构原理、种类的基础上,综述了近年来高功率包层泵浦光纤激光器在连续和调Q方面以及在拉曼光纤激光器方面的最新进展,并展望了包层泵浦光纤激光器的应用前景。     

用于SS-OCT成像系统的侧视型全光纤镜头及其聚焦性能

为研制适用于扫频光学相干断层成像（Swept Source Optical Coherence Tomography,SS-OCT）系统的高性能侧视型全光纤镜头,分析了侧视型光纤镜头的性能影响因素及样品制作方法。对基于梯度折射率（Graded-Index,GRIN）光纤的侧视型全光纤镜头的光学模型进行解析,得出与侧视型全光纤镜头性能相关的特征参数。研究了“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤+转角介质”四段式侧视型镜头各组件长度对其光学聚焦性能的影响,设计各组件的适宜长度范围。最后,制作了外径小至0.5 mm、刚性长度2.75 cm的超小侧视型全光纤镜头样品,通过实验测得镜头的工作距离（0.52mm）和光斑直径（26.82μm）,与理论分析结果基本一致,并将镜头样品集成于SS-OCT成像系统,获得了清晰的生物组织层析图像。实验结果表明,本文提出的分析方法可用于侧视型全光纤成像镜头结构参数的优化设计。     

输出功率大于10 W的掺镱双包层微结构光纤激光器

采用F-P腔结构研究了包层泵浦掺Yb³⁺微结构光纤激光器的输出特性。在以二向色镜作为腔镜的实验中,获得了斜率效率57%,波长1 074.5 nm,输出功率为2.65 W的稳定激光输出;在由二向色镜和光纤端面构成F-P腔的实验中,获得了斜率效率87%,最大输出功率为11.69 W的激光输出。     

测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的曲线拟合算法

提出了基于曲线拟合的光纤透镜聚焦常数的测试方法,用于超小自聚焦光纤探头研制过程中聚焦常数的直接测试。基于自聚焦光纤透镜模型及其折射率分布特征,研究了测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的二次多项式拟合和线性化拟合算法。论述了聚焦常数对超小自聚焦光纤探针传光性能的影响。利用光纤端面折射率测试仪测试自聚焦光纤的折射率分布轮廓曲线,根据二次多项式拟合和线性化拟合算法分别求得聚焦常数和中心折射率。实验结果显示,利用二次多项式拟合算法和线性拟合算法求出的聚焦常数分别为5.587mm-1和5.513mm-1,与厂家的标称值5.5mm-1基本吻合,表明曲线拟合算法适用于对自聚焦光纤透镜聚焦常数的测量与分析。     

双包层Yb/Er共掺光纤放大器的数值模拟

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤放大器进行了数值模拟,分析了不同功率的信号光的增益情况,计算了稳态情况下光纤中反转粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布以及放大器的斜率效率。当信号光初值较高时,通过模拟得到的斜率效率与实验结果相近。     

柔性硫系玻璃红外光纤传像束的制备与性能测试

讨论了红外光纤传像束的学术意义和制备工艺,制备了一种硫系玻璃红外光纤传像束并进行了专门的性能测试。选用As40S58Se2、As40S60作为芯棒和皮管玻璃组分,采用管棒法拉制成纤,利用人机结合的排丝工艺制备出了单丝直径为50μm,纤芯直径为40μm,576元正方形排列的红外光纤传像束。搭建了相应的实验测试平台,对光纤束排列规则度、断丝率、光学效率及传像束引起系统调制传递函数(MTF)下降量等指标进行了测试。测试表明,传像束断丝率为2.7%,衰减损耗低于0.5dB/m,光学效率约为31%,在红外光纤传像系统中光纤传像束引起的MTF下降量小于10%。最后,利用研制的红外传像束完成了红外成像实验,结果表明,红外光纤传像束能够实现良好的红外成像。     

硬性内窥镜光学系统的杂散光分析与抑制

基于光学系统结构研究了硬性内窥镜光学系统内部杂散光的成因及抑制方法,以提高其成像效果。通过Lighttools软件进行光线追迹,分析了硬性内窥镜光机结构的杂散光;通过杂光路径分析,提出光线在中继系统和物镜组中发生全反射是硬性内窥镜存在杂散光的原因,由此研究了相应的杂散光抑制方法:即调整物镜组结构控制系统中光线传播的路径,并在光学系统优化过程中加入相应的控制条件。最后,采用提出的方法设计了视场角为70°,透镜直径为2.7mm的高成像性能消杂散光硬性关节镜。验证实验显示,研制的硬性内窥镜光学系统在100lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)值均在0.4以上,逼近衍射极限。光线追迹结果表明,在物镜组中消除杂散光可避免光线在棒镜内壁全反射,完全消除杂散光并保证良好的像质。     

逆抛物型梯度折射率纤维的近轴成像分析

从光线传播轨迹方程出发,导出了逆抛物型梯度折射率纤维透镜的高斯参数和近轴成像公式,并分析了这种梯度折射率纤维的端面耦合成像特性。     

涂覆层对光纤布拉格光栅应变传递的影响机理分析

利用光纤布拉格光栅(FBG)测量结构物表面的应变时,FBG的涂覆层会对其应变传递产生影响,从而造成测量结果与真实应变之间有较大的差异。针对此问题,建立了应变传递模型对有涂覆层和无涂覆层两种FBG应变传递率进行了理论分析,得出了两者的平均应变传递率随粘贴长度的增大而增大。为了验证理论模型的适用性,进行了等强度梁实验,实验结果表明在相同的粘贴长度下有涂覆层FBG的平均应变传递率较低,且其最大平均应变传递率仅能达到92%,而无涂覆层FBG在粘贴长度达到6 cm时,应变传递率已经可以达到99%,可以满足绝大多数的应变测量需求。所建立的应变传递数学模型与实际的试验验证结果相符,深刻揭示了涂覆层对FBG应变传递率的影响规律,为FBG应变测量的工程应用提供了重要的参考。     

Design and development of Fiber Bragg Grating sensing plate for plantar strain measurement and postural stability analysis

This paper describes an ab initio design and development of a novel Fiber Bragg Grating (FBG) sensor based strain sensing plate for the measurement of plantar strain distribution in human foot. The primary aim of this work is to study the feasibility of usage of FBG sensors in the measurement of plantar strain in the foot; in particular, to spatially resolve the strain distribution in the foot at different regions such as fore-foot, mid-foot and hind-foot. This study also provides a method to quantify and compare relative postural stability of different subjects under test; in addition, traditional accelerometers have been used to record the movements of center of gravity (second lumbar vertebra) of the subject and the results obtained have been compared against the outcome of the postural stability studies undertaken using the developed FBG plantar strain sensing plate.