国家自然科学基金(61171161)
- 作品数：12 被引量：25H指数：4
- 相关作者：王晶杨红绢孟俊敏王姗姗王鑫更多>>
- 相关机构：中国海洋大学国家海洋局第一海洋研究所北京大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：电子电信天文地球理学更多>>
- 微纳光纤环形腔海水温度的谐振光谱分析被引量：2
- 2016年
- 微纳光纤环形腔作为传感器件,具有灵敏度高、响应快的优点,因而越来越广泛地应用在传感领域。环形腔的谐振光谱直接反映外界环境的变化,因此谐振光谱分析对探测环境参数至关重要。从理论和实验研究了微纳光纤环形腔谐振光谱与海水温度的关系。首先,数值计算了基模(HE_(11))两个垂直偏振态的传播常数随光纤直径和探测波长的变化关系,计算结果表明传播常数随光纤直径增大而增大,随波长增大而减小,同时计算了传播常数随海水温度的变化,海水温度越高,传播常数越大,表明海水温度的变化会影响到模式的传播常数,因而可以通过测量谐振光谱的变化得知海水温度的变化。其次,搭建了海水温度传感实验系统,获得了微纳光纤环形腔海水温度的谐振光谱,实验发现同时存在两套谐振峰,分别对应基模的TE模和TM模,两个偏振模式的传感灵敏度分别为5.54和5.24 pm·℃^(-1)。最后,探讨了基模两个偏振态谐振光谱的产生原因,由于结型耦合区的扭曲耦合使得两个偏振态分离,并对两个偏振模式的谐振强度进行了分析。两个模式的谐振强度不同,而且随着波长的增加,一个模的谐振强度不断增强,另一个模的谐振强度逐渐减弱。这是由于不同耦合态的耦合系数和衰减决定的,而且他们随着波长而改变。实验结果与理论计算相吻合。
- 杨红绢廖毅鹏王姗姗王鑫王晶
- 关键词：海水温度
- 深海内波空间啁啾的演变研究
- 2015年
- 根据基于两层流体推导的深海内波弱非线性薛定谔(Nonlinear Schrodinger,简称NLS)方程,引进空间啁啾的思想,研究深海区频散效应和非线性效应的作用。文中推导出了频散效应和非线性效应所致啁啾的表达式,采用数值计算方法计算了综合效应产生的总啁啾。分析了频散和非线性以及综合效应所致啁啾在深海内波传播中的演变规律。从空间啁啾的角度,解释中国南海东沙群岛附近深海区内波演变的机理。
- 孙美玲王晶郭凯张旭东孟俊敏
- 关键词：内波非线性薛定谔方程深海
- 嵌入式微纳光纤环形腔的海水盐度传感研究被引量：6
- 2014年
- 通过将Loop型谐振腔嵌入在具有正热光系数的MgF2中,设计了海水中温度弱敏感的盐度传感器来实现海水盐度测量。利用COMSOL软件建立海水盐度传感模型,结合Matlab对盐度传感器的特征参量进行数值研究。结果表明:传感器的温度特性依赖于微纳光纤的半径,温度弱敏感的光纤半径随探测波长的减小而减小;盐度灵敏度随镀膜厚度和光纤半径的增大而减小;探测极限随镀膜厚度的增加而增大,随波长的减小而减小。通过优化,传感器盐度灵敏度可达0.025 nm/(mg/mL),探测极限可达到0.15 mg/mL。
- 李国祥王姗姗杨红绢王晶
- 关键词：光纤光学海水盐度
- 3层模型的内波传播方程与参数反演被引量：4
- 2015年
- 根据流体力学基本方程组,利用摄动展开、多重尺度变换等方法,推得3层海洋分层模式下的非线性薛定谔(NLS)方程,发展了描述内波传播的新模型;利用该方程与SAR遥感探测机理相结合,得到反演内波振幅的关系,并选取中国南海东沙岛附近和英国马林陆架外缘海域,进行内波参数反演研究。结果表明,该模型反演的内波振幅与实测值更接近,验证了理论模型的适用性。
- 王晶郭凯孙美玲孟俊敏
- 关键词：海洋内波NLS方程参数反演
- 基于MODIS遥感影像的直布罗陀海峡内波传播特性研究被引量：5
- 2018年
- 选用2014—2016年直布罗陀海峡地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)观测图像作为数据源,获得了内波时空分布特征。光学遥感图像观测到内波在Camarinal海底山脊东侧生成,集中分布在地中海西部,呈弧形向东传播;内波的时间分布表现为随季度呈周期性变化,每年的第二、三季度为内波活跃期。为了进一步研究直布罗陀海峡内波的生成与传播特性,使用麻省理工学院通用环流模型(MITgcm),通过海面高程变化、等温线变化分析半日潮与海底山脊的相互作用,在海峡口附近生成弧形向东内波,随着水深增大,频散效应增强,振幅减小。在传播过程中,内波分裂成波包,波峰线之间的宽度和弧形半径增大,波包中内波的数目增多。模拟计算结果与光学遥感观测结果一致。
- 史璐王晶梅源
- 关键词：遥感内波中分辨率成像光谱仪直布罗陀海峡
- 海水两点温度同时测量的理论模型及数值模拟
- 2016年
- 海水温度是海洋动力学以及海洋与大气相互作用中起关键作用的基本参数,是研究海洋现象时最重要的依据。为了实现两点海水温度的同时测量,构建了由两段椭圆高双折射光纤萨尼亚克(Sagnac)环形腔的理论模型,利用琼斯矩阵方程对该结构进行理论上的推导,获得了该模型的透射光谱,并得到了透射光谱与该结构各个部分参数的关系。通过Matlab编程进行模型的数值模拟,研究该结构两段椭圆高双折射光纤长度的比例变化、偏转角的变化以及温度的变化对光谱的影响。计算结果表明,两段椭圆高双折射光纤的最佳长度比为1∶2,两个偏振控制器的偏转角应该分别为π/6和π/3,温度增加时光谱向短波方向移动。得到利用光谱峰波长移动计算两段椭圆高双折射光纤温度变化的公式。另外,两段椭圆高双折射光纤之间普通单模光纤的长度以及光源的偏振特性对透射光谱的形状以及温度灵敏度没有影响。该模型可以为椭圆高双折射光纤Sagnac环形腔海水温度传感器的实际应用提供理论支持与指导。
- 王鑫王晶周宏祖杨红绢廖毅鹏
- 关键词：光纤光学
- 利用GF-1和MODIS准同步光学遥感图像反演内波参数的研究被引量：1
- 2018年
- 高分一号(GF-1)光学遥感卫星的发射为海洋内波的研究提供了精细的观测资料,利用其图像高空间分辨率的优势,结合高时间分辨率的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的匹配数据,能够对南中国海东沙岛附近的内波开展特征参量的反演。本文处理了GF-1和MODIS的准同步图像,选取东沙岛附近的相邻时刻的同一条内波进行分析,提取其空间位移,计算出内孤立波传播的群速度。分析GF-1和MODIS图像上同一条内波的灰度剖面,计算了明暗条纹间距,结合当地水深和温盐数据,应用非线性薛定谔方程反演内孤立波的振幅,探究大陆架附近内孤立波的振幅演变。研究结果表明:内孤立波的群速度在东沙岛附近向西传播过程中逐渐变小;在相似的温盐条件下,遥感图像中内波的明暗条纹间距和振幅呈现负相关,在深海区水深和振幅呈现正相关关系,在浅海区由于非线性作用增强会出现振幅随水深变小反而增大的现象。
- 梅源张旭东孙丽娜孟俊敏王晶
- 关键词：海洋内波光学遥感群速度准同步
- 利用光学遥感探测南中国海内波被引量：5
- 2015年
- 由于内波生成、传播都发生在水下,常规手段如现场观测成本过高,且易受到环境的制约,很难得到足够的有效数据。中分辨率成像光谱仪(MODIS)以其图像覆盖范围大、时间分辨率高、数据公开免费等优势而成为内波研究的重要数据源,可以实现大范围的观测。选用2010年6月至2012年6月共两年的南中国海地区(0°N^23°N,102°E^121°E)MODIS观测图像作为数据源,使用ENVI软件对MODIS图像进行筛选与处理,对该海区的内波特征进行了统计分析,最终整合获得了最新的内波时空分布特征。结果表明:南中国南海西北部,尤其是东沙环礁附近海区是内波发生频率最高的海区,发源于吕宋海峡。在115°E附近的海南岛东部海区,内波波峰线与东沙群岛海区的内波波峰线有较明显的断开特征,可能内波在本地发源。时间分布表现为内波在夏季出现最多,春、秋季节次之,且春季内波出现略多于秋季,冬季最少。
- 张旭东王晶魏子章孙丽娜孟俊敏
- 关键词：海洋光学内波中分辨率成像光谱仪
- 采用混合模型数值模拟从深海到浅海内波的传播被引量：2
- 2012年
- 在南海东沙岛附近,从MODIS遥感图像发现内波传播是从深海经陆架坡再到浅海,由于深海和浅海环境条件的差异以及传播模型的适用条件不同,因此不能采用同一模型模拟内波的传播,需用两种模型来分别模拟内波在深海和浅海中的传播.采用差分法,首先用非线性薛定谔方程模拟了深海内波的传播,然后用EKdV方程模拟了内波在浅海中的继续传播.模拟结果与实际的MODIS遥感内波图像相符合,并与应用单一模型模拟结果相比,混合模型模拟该海区的内波传播更接近遥感实测,表明了混合模型的合理性.
- 王晶马瑞玲王龙孟俊敏
- 关键词：混合模型内波非线性薛定谔方程
- 环形腔微光纤MZI的海水温/盐度同时测量的设计与模拟
- 2016年
- 为实现海水中温度和盐度(温/盐度)同时测量,设计了一种环形腔微光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。首先,计算了MZI在不同温/盐度下的输出光谱,光谱中同时存在谐振峰和干涉峰,分别由环形腔谐振和MZ干涉引起,由于谐振峰和干涉峰对温/盐度变化的响应不同,因而可将其运用于海水的温/盐度同时测量;其次,为了提升MZI的测量灵敏度,计算了灵敏度与其结构参数的关系。结果表明,谐振峰的温/盐度灵敏度只与制成环形腔的微光纤直径有关,而干涉峰灵敏度同时与MZI两个微光纤臂的直径和长度相关,当制成环形腔的微光纤臂是MZI两臂中直径较小且长度较大的一臂时,能得到较高的测量灵敏度。经过优化后,干涉峰的温/盐度灵敏度比传统的光纤光栅分别提升了75倍和约3 650倍。本文设计的MZI具有结构简单、灵敏度高的优点,可为研制新型的海洋微光纤传感器提供参考。
- 廖毅鹏张义德王鑫王晶
- 关键词：光纤传感器环形腔盐度
