研究团队:【交大】樊昕昱、杜江兵、刘庆文、马麟、邓晓旭;【北大】焦秉立、李正斌、杨川川、李力
 
研究内容:重点研究光纤及光子传感的基础理论、器件原理及信号处理方法,围绕地磁场探测、地壳应变探测等,深入开展光泵原子磁力仪、高精度光纤传感、低成本高精度光纤陀螺、超高速光信号处理等方面的研究。



(1)光纤分布式声波传感技术


在时间门控光频域反射仪检测原理基础上,提出了采用任意波形发生器驱动电光调制器获得亚米级空间分辨率、利用分布式拉曼放大将检测距离扩展到100千米以上等技术方案,大幅提升了分布式声波传感器的综合性能,并实现铁路动车所的安防示范应用,发表SCI期刊论文1篇(JLT),OFS论文1篇,CLEO论文1篇。




此外,提出利用在光纤上通过飞秒激光器制作弱反射点阵列,结合相干检测以及相位噪声补偿技术,实现声波的准分布式传感,大幅提升系统的灵敏度;提出通过在直接检测-OTDR系统中引入频域复用显著提高了系统的频响;提出创新性数据处理方法,实现BOCDA系统的快速测量;发表SCI期刊论文4篇(2篇JLT2018、OE2018、OL2018)、OFS论文3篇、CLEO论文2篇。


(2)十二级大推靠比的光纤微地震检波器系统的研制


成功研制了十二级大推靠比的光纤微地震检波器系统,于2018年10月~11月在中石油新疆油田分公司完成了两口水力压裂井的微地震监测现场试验,获得清晰的P波和S波信号,取得了完整的微地震资料,试验圆满成功。这是国内第一次在光纤检波器现场应用上取得的成功,表明我们的关键技术水平已经和国际同类新技术相一致。这项工作也为后续南海天然气水合物试采工程先导示范区的建设提供了重要的技术支持,有望在水合物试采研究中第一次实现全光纤海底高精度时移地震监测,使我国在海洋监测方面达到国际先进水平。


 


多色光纤激光器及三光子荧光成像显微镜


超连续谱是指超短激光脉冲经过高非线性介质时,由于非线性效应和色散效应的共同作用而使输出光谱展宽的一种物理现象,超连续谱具有光谱覆盖范围宽、峰值功率高等特点。近年来,具备超宽光谱的超连续谱使得同时激发多种荧光团成为可能。具体实现方法是将超短激光脉冲耦合进光子晶体光纤产生光谱覆盖范围达到数百纳米的超连续谱激光脉冲作为双光子荧光显微成像的激发光源,激发不同的荧光蛋白及染料,实现多色双光子荧光成像。诸多文献研究证实,大部分的荧光物质的双光子荧光最优激发波长都位于近红外波段。因此产生具有高度相干的近红外波段宽谱脉冲光源实现多色双光子荧光成像是当前研究活体蛋白质结构和功能的一个重要需求。


对于相干超连续谱光源,通过调节输入光功率,能够调控光源光谱的展宽宽度和能量分布相干,使用相应地滤光片可以实现波长的选择性输出。7条典型实测滤波后光谱图(归一化)如图26所示,可看出基于锥形PCF-7模块产生的超连续谱光源可以实现中心波长从1030 nm到920 nm的选择性输出,覆盖波长范围为900~1030 nm。