《光纤波导微结构传感机理与方法研究》

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该项目属信息传感学科。“物理量(如应变、压力、弯曲、扭曲、负荷等)的二维方向性、高温下、远距离无源精确传感”是传感学科发展中的重要科学问题,也是诸多重要领域(如航空航天、能源交通等)中需要解决的关键问题。在多个国家自然科学基金和863等项目支持下,提出在光纤包层中引入非对称、干涉波导微结构的科学思想,发现并阐明了光纤波导微结构的物理量二维方向性和高温下精确传感机理,提出基于随机激光放大的传感信噪比提升方法,发展出系列新型光纤传感器,部分成果成功应用于国家重大工程。主要发现如下:

光纤波导微结构二维方向性传感机理:提出并验证了在光纤波导中引入横截面折射率非对称分布长周期光纤光栅微结构实现“弯曲、扭曲、负荷”物理量二维方向性精确传感的原理,解决了单传感器实现二维方向性无源精确传感的原理性难题。加拿大皇家科学院X. Y. Bao院士评价为“在纤芯和包层中形成非对称温度梯度,引入横、纵方向折射率调制,从而在光纤中创建了二维散射中心”,IEEE/OSA Fellow Gaylord教授评价为“使得弯曲方向性传感成为可能”。

光纤波导微结构高温下传感机理:提出并验证了在光纤波导包层内引入干涉微结构实现高温无源精确传感的科学思想,发现了其高温传感线性关系,揭示了温度不敏感机理,为解决高温制约传感精度的瓶颈问题提供了有效途径。成果被Photonics Spectra以“突入传感器禁区:能在摧毁其他传感器的高温下工作”为题报道。OSA Fellow Tunnermann教授和国际光纤传感旗舰会议OFS TPC主席Gonzalez-Herraez教授分别在光学顶级期刊Laser & Photonics Reviews (IF:8.4)上评价:“实现了光纤包层内的干涉仪”、“实现了温度无关测量”。

光纤波导微结构远距离传感方法:发现了随机光纤激光的温度稳定特性,并发展出基于随机激光放大的光纤波导微结构传感信噪比提升方法,为克服远距离传输劣化信号质量的矛盾提供了新策略。被Nano Today (IF: 17.4)评价为:“首次应用随机激光于长距离传感,对传感信号的稳定传输极其有用”。用于放大的随机光纤激光研究成果入选2014年美国光学学会全球光学重要进展。

该项目8篇代表作他引1403次。1部代表性专著入选当代杰出青年文库(他引396次);7篇代表性论文(3篇ESI高引)SCI他引545次(4篇≥100次),引文包括Physics Reports (IF:17.4)等IF>3.0 SCI论文211篇,被40位Fellow和多国院士引用;因对光纤传感器设计具有重要指导作用,部分成果被编入6本英文专著和手册,并成功应用于国家重大工程:超高速飞行器风洞试验,被认为:“具有十分重大的现实意义和军事价值”。1人任OSA Fellow评委,3人任IEEE JLT、PTL, PJ期刊编委,1人入选长江、杰青,培养杰青和全国优博1名。第一完成人为教育部创新团队和111引智基地负责人,创办国际期刊Photonic Sensors (E-SCI),发起亚太光传感系列国际会议,因在光纤传感领域的突出贡献,当选IEEE/OSA/SPIE Fellow。曾获2008年教育部自然科学一等奖和2013年四川省科学技术一等奖(基础类)。

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