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电子信息领域:高精度光纤大气光学湍流强度与结构测量系统

文章来源: 发布时间: 2017-05-10

  高精度光纤大气光学湍流强度与结构测量系统

  所处阶段:成熟待产业化

  成果来源:安徽光学精密机械研究所

  必要性及需求分析:

  在人类赖以生存的蓝色地球上,空气的流动及由其带来的天气变化时刻关系着人类的生产和生活,也必然关系着整个生物圈的生存和繁衍。地球大气是一个复杂的、非线性的开放系统,大气的运动几乎总是处于湍流状态。湍流是大气中的物质和能量交换的主要方式,是大气污染扩散的重要途径,是气象科学研究的重要对象,是影响航空飞行安全的重要因素,也是先进激光光电系统在实际应用中必须面临的关键问题。

  “高精度光纤大气光学湍流强度与结构测量系统”是在中国科学院科研仪器研制项目的资助下,由合肥研究院研制的具有完全自主知识产权的光学湍流监测设备,其技术先进性国际领先。2012年完成实验样机研制,2014年完成便携式光纤湍流测量系统研制,2015年底完成远洋航行测试实验,其技术可靠性得到多方面验证。该设备集现代光纤传感技术、半导体光电子技术、高速数字采集技术和计算机软件技术优势于一体,实现光学湍流的快速、小型化、分布式探测。它利用非等臂长光纤干涉仪获得湍流信号,通过解调算法有效克服环境的干扰。通过持续研究,我们构建了光纤相位微扰传感器研制平台,掌握了光纤湍流传感器全套技术工艺。希望继续通过科技成果的产业化开发,降低设备的生产成本,提升设备的工业化水平,发挥该设备的更大市场价值,最终为形成有我国特色的自主知识产权的科技产品技术群起到积极的贡献。

  目标及主要任务:

  (一)目标:

  已完成的高精度便携式光纤湍流测量系统及光纤湍流传感器工艺技术为基础,建立光纤湍流测量系统100台套/年,光纤湍流传感器10000只/年的样板生产线,进行光纤光路集成化、快速光电探测器阵列模块化和嵌入式系统的技术攻关,同时建立天文台、激光传输试验场、激光通信地面站及随船海面光学湍流监测应用示范网络,为实施该产品的大规模产业化和世界范围内的推广应用奠定基础。

  (二)主要任务:

  Ø 100台套/年规模设备生产线建设,包括:集成光纤收发光路生产线设计,光纤传感器2代工艺平台建设,底噪声多通道集成光电探测器生产线设计,嵌入式测控系统的设计生产; 

  Ø 生产线工艺流程设计,包括光源及控制、光探测器、光纤光路、输入输出接口等的设计、选材、加工、安装和测试调试; 

  Ø 光纤传感器工艺优化设计和扩展应用,包括:光纤器件镀膜、焊接工艺、参数检测与调整,多批次的稳定试生产,考察工艺稳定性; 

  Ø 光纤湍流测量系统组网应用示范,在天文台、激光传输试验场、激光通信测控光学地面站及远洋考察船上安装整套系统,进行应用示范和推广。 

  现有工作基础:

  设备的研发依靠安徽光学精密机械研究所已有的平台和基础,建有中科院大气成分与光学重点实验室(国家863计划大气光学重点实验室),近四十年一直从事大气光学、大气探测、激光和红外大气传输、大气辐射特性研究,目前承担着国家973、863计划有关大气探测、激光大气传输研究等方面的研究项目。在相关需求和学科发展的驱动下,2004年开展了基于光纤干涉测量技术原理的大气光纤湍流测量技术研究,次年完成了可行性方案论证工作,2006年建成了原理样机系统,该成果被国际光学权威刊物Applied Optics发表,2011年完成实验样机系统的研制,2015年完成了便携式光纤湍流测量系统的研制。此后与相关大学和公司合作,攻克了包括调制解调技术、噪声抑制、信号衰退等问题在内的多项关键技术,并且在模块化优化设计、光纤探头制作工艺方面克服了多项技术难关。使得该设备的研制水平处于国际领先地位。截至目前,已经完成三套样机系统的研制,发表SCI/EI收录学术论文20多篇,获授权国家发明专利4项。

  预期经济和社会效益:

  该仪器的主要应用方向为湍流科学问题的研究及其在光学工程中的应用,目前已在如下方面获得应用:

  (1)用于光学湍流微物理特性的研究,用于地面和海面上空大气光学湍流的统计规律研究;

  (2)与中国科学院国家天文台合作开展高海拔地区光学湍流强度特征实验观测,为候选站址光学特性的比较提供了宝贵的参考依据;

  (3)开展远洋大气光学湍流探测研究,完成我国首次远洋光学湍流探查任务;

  实施方式/模式:

  本项目拟首先通过政府或相关企业的支持或融资,依靠合肥研究院的技术研发团队、中国科学技术大学先进技术研究院的科研成果转化平台以及上海会亚通信科技有限公司产品生产经验,建立一条年产100台套光纤湍流测量系统和10000只光纤湍流传感器的生产线,进行单元模块的设计、产品的生产、工艺平台的建设和开发。并与国内相关需求部门联合建立我国首个大气光学湍流监测应用示范网络。进一步向世界范围推广应用。希望以技术入股和部分资金入股的方式入股工艺平台及生产线建设,采取以企业为中心,利益共享、风险共担的产学研联合的模式,共同促进科技成果的转化与推广。

  附图:

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