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2021年 第39卷 第5期    刊出日期：2021-09-30

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2021, 39(5):  0-0. 

摘要 ( 1674 )   PDF (51KB) ( 110 )  

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2021, 39(5):  1-0. 

摘要 ( 1584 )   PDF (22KB) ( 37 )  

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光纤传感技术

计算重构光谱分析仪研究进展

万阳阳, 樊昕昱, 何祖源

2021, 39(5):  695-712.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.001

摘要 ( 2821 )   PDF (714KB) ( 1226 )  

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光谱测量广泛应用于科学研究及工业生产中，而传统光谱仪因体积庞大难以满足众多应用需求。近年来，快速发展的计算重构光谱分析仪因其具有紧凑小巧、高分辨率和大测量带宽等优势而成为研究热点。光波经过计算重构光谱分析仪后所产生的光斑图案与波长存在一一对应关系，因此采取合适的解调算法可以从生成的光斑图案中重构入射光谱信息。目前计算重构光谱仪已能实现am量级光谱分辨率以及数百nm的测量带宽。本综述介绍了目前各类型计算重构光谱分析仪的工作原理以及性能指标，探讨了不同类型计算重构光谱分析仪的优缺点，分析了进一步提升性能指标的方法，展示了一些基于计算重构光谱分析仪的应用，以及展望了其未来发展前景。

拉曼分布式光纤温度传感仪的研究进展

许扬, 李健, 张明江

2021, 39(5):  713-732.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.002

摘要 ( 2479 )   PDF (4622KB) ( 892 )  

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拉曼分布式光纤传感技术可实现温度的大范围高精度检测，在桥梁隧道、油气管线、智能电网等大型基础设施结构等健康监测领域具有重大社会需求和应用前景。本文介绍了拉曼分布式光纤温度传感仪的基本工作原理，介绍了当前针对拉曼分布式光纤传感仪性能提升的主要研究方向，主要包括测温精度与空间分辨率两个方面。总结了该传感仪的普遍应用领域，并列举了拉曼分布式光纤传感仪在隧道火灾检测、管道渗漏检测和太阳能电池板温度监控等方面的代表性应用案例。

基于侧边抛磨光纤的传感技术研究综述

卓琳青, 唐洁媛, 朱文国, 郑华丹, 卢惠辉, 关贺元, 罗云瀚, 钟永春, 余健辉, 张军, 陈哲

2021, 39(5):  733-746.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.003

摘要 ( 2519 )   PDF (7630KB) ( 599 )  

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随着光纤微加工技术的发展，侧边抛磨光纤（side polished fiber，SPF）在光纤传感器领域开辟了一个新纪元。在普通通信光纤的基础上，通过完全或者部分去除一段长度的光纤包层形成传输光场的“泄漏窗口”，利用光场与物质相互作用来激发、控制、探测光纤纤芯中的传输光场，从而制备了各种基于倏逝场的传感器。优化光纤的抛磨参数和导模特性是实现高性能光纤传感器的关键。侧边抛磨光纤具有可靠的机械性能和极小的插入损耗、偏振相关损耗，使其成为研究“光纤上实验室”的优质平台。本文综述了基于侧边抛磨光纤传感器的原理、分类、研究进展和应用领域。

基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述

桂鑫, 李政颖, 王洪海, 王立新, 郭会勇

2021, 39(5):  747-776.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.004

摘要 ( 3582 )   PDF (13572KB) ( 711 )  

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光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现，突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制，大大拓展了其在分布式传感领域的应用。本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制备、分布式解调方法与应用进展，从大规模光栅阵列光纤的在线制备技术，以及基于该阵列光纤的分布式传感解调技术，包括准静态波长解调技术、高速波长解调技术以及增强型动态相位解调技术等，特别关注解调速度、空间分辨率、复用容量等关键技术及传感性能。同时还介绍了基于大规模光栅阵列光纤的应用包括温度、应变分布式的准静态应用领域，以及振动分布式的相位动态应用领域等，包括大型建筑、机械、航空航天、石油化工等诸多领域的安全监测、故障诊断等工程应用方面。

原子自旋进动检测技术

陈东营, 杨远洪

2021, 39(5):  777-792.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.005

摘要 ( 2158 )   PDF (7305KB) ( 615 )  

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自旋是原子的内禀特性，自旋进动对磁场作用或相对惯性空间的转动敏感，通过检测原子的自旋进动可实现磁场或惯性转动的测量，进而形成原子磁强计、原子陀螺和其他原子传感器。基于原子无自旋交换弛豫（spin-exchange relaxation free，SERF）态的原子传感技术包括原子SERF态制备和原子自旋进动检测，其中原子SERF态的制备是实现高灵敏度、低噪声和高稳定感测的前提，原子自旋进动检测则是实现原子传感器高性能测量的关键。本文首先简单描述了原子进动及检测原理，围绕高性能SERF态原子自旋陀螺和磁强计的自旋进动检测，介绍了三类典型的原子自旋进动检测技术及特点，并进行了对比分析。

光纤法珀传感解调方法研究进展

段雅楠, 王双, 江俊峰, 谭珂, 刘铁根

2021, 39(5):  793-808.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.006

摘要 ( 2567 )   PDF (2610KB) ( 685 )  

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光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器，广泛应用于各类极端复杂的环境中，对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键。首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述，接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理，对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述，从强度解调和相位解调两方面分别介绍了强度解调法、光谱解调法和低相干干涉解调法。最后总结了各类解调方法的应用特点，为光纤法珀传感器高精度快速解调的研究与应用提供参考。

微流激光生化传感技术综述

王朝钦, 宋昊玥, 杨熙, 王艳琼, 龚元

2021, 39(5):  809-820.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.007

摘要 ( 1938 )   PDF (3361KB) ( 267 )  

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本文系统介绍了微流激光生化传感机理及其研究进展。基于增益介质调节的微流激光生化传感技术，利用光学微腔内增益介质的数量或状态变化影响激光输出特性；基于微腔调节的微流激光生化传感技术，利用光学微腔性质的变化，引起谐振条件变化，进而引起激光模式、波长或输出方向的变化；基于损耗调节的微流激光生化传感技术，主要包括吸收损耗和散射损耗，待测物或其化学产物对激光产生散射或吸收，使激光强度下降，从而实现生化传感。由于微腔的增敏和激光的放大作用，激光输出特性对腔内生化过程的变化十分敏感，因此微流激光可实现高灵敏、高通量的生化传感。

光纤地震仪研究进展

张文涛, 李慧聪, 黄稳柱, 李正斌, 李丽, 刘瑞丰

2021, 39(5):  821-842.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.008

摘要 ( 2674 )   PDF (12704KB) ( 377 )  

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光纤地震仪的传感部分和信号传输链路无电子器件，具有环境适应性强、分布式组网观测等优势，有望为深井、海底、火山等极端环境高密度地震观测提供新的技术手段。然而，现有光纤地震仪在拾振结构设计、系统传递函数研究、噪声水平抑制、频带拓宽等方面仍然存在挑战。本文根据不同的传感结构，分别综述了加速度型、位移型、应变型、旋转型四种光纤地震仪的基本原理、面临的问题以及国际上的典型案例，探讨了各种光纤地震仪的优缺点，并在此基础上对光纤地震仪的发展前景进行了展望。

分布式光纤传感技术综述

尚盈, 王昌

2021, 39(5):  843-857.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.009

摘要 ( 4830 )   PDF (531KB) ( 2125 )  

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分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分，传感光纤集传感与传输于一体，可实现远距离、大范围的传感与组网；可连续感知光纤传输路径上每一点的温度、应变、振动等物理参量的空间分布和变化信息，单根光纤上能获得多达数万点的传感信息。本文介绍了分布式光纤传感技术的国内外进展，重点阐述了基于瑞利后向散射和干涉式的分布式传感各自的技术优缺点。

偏心孔辅助的双芯光纤器件及其应用研究

杨菁, 金缘, 叶鹏, 关春颖

2021, 39(5):  858-880.  doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2021.05.010

摘要 ( 1946 )   PDF (12990KB) ( 104 )  

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随着光纤传感器不断在新领域的应用拓展，光纤传感器正面临许多新的挑战。利用特种光纤研制性能突出的光纤传感器已经成为研究热点。本文介绍了一种偏心孔辅助的双芯光纤的设计，并讨论了多种基于偏心孔辅助的双芯光纤器件的工作原理、制备方法及传感特性。