也谈拍现象与外差变频的区别──兼与周康巍同志商榷

《大学物理》1983年第5期发表了周康巍同志的《拍现象与外差变频的区别》一文(以下简称《拍》文),它肯定了拍现象与外差变频的一些区别,这主要的是:1,拍现象是两个方向相同、频率各异的谐振动的线性迭加;而外差变频则是两个简谐振荡通过非线性变换而产生的.2.在合成信号中,拍现象不出现新的频率;而外差变频中则出现新的频率.明确这些是有意义的,因为目前某些通用工科普通物理学在介绍拍现象时,以超外差收音机的变频(外差变频)为例子,由此引起的概念上的混淆没有得到应有的澄清.我们认为:拍现象与外差变频是两个完全不同的概念,是本质上完全…     

瑞利型增强四波混频的外差探测

将光外差探测方法应用于瑞利型增强四波混频的研究,通过理论分析得到了瑞利型增强四波混频三阶极化率的表达式和外差拍信号的解析解,对拍信号的研究表明这种方法可以保留瑞利型增强四波混频极化过程的完整信息,获得瑞利型增强极化的吸收谱与色散谱.同时分析了三种不同的马尔可夫随机场模型下的差拍信号的区别与联系.     

基于短光纤延时自外差的可见光单频激光线宽测量方法

提出一种基于短光纤延时自外差法的可见光波段单频激光线宽测量方法,利用短延时光纤减小可见光在石英光纤中的损耗并降低系统低频噪声,通过频谱信号平滑方法极大地提高频谱数据的信噪比,通过非线性最小二乘法拟合还原原始信号频谱,并最终计算出可见光波段激光线宽。构建可见光波段的延时自外差测量系统,搭建127 m和500 m延时光纤的可见光波段延时自外差测量装置,测得635 nm单频外腔半导体激光器线宽为29.4 kHz,与两个相同型号激光器互拍的测量结果接近,证明了基于短光纤延时自外差方法测量可见光单频激光器线宽的可行性。     

用激光外差干涉仪探测金属表面超声振动的实验设计

将激光外差法测量的科研成果转化为物理专业实验，设计了易于调节的激光外差干涉系统，实现了外差信号的接收，用压电超声装置代替激光超声装置，使实验系统小型化。     

红外激光外差气体分析仪信号分析

本文研究红外激光外差气体分析仪信号提取的数学模型,论证了外差气体分析仪的探测灵敏度可达10~(-4)ppb,这比直接探测方式约高九个量级.文中着重分析了方波控制激光器的频谱形式、光信号外差探测装置和电信号解调原理.最终导出外差气体分析仪气体浓度信息流程,据此绘制了方波控制CO_2激光外差气体分析仪原理方框图.     

旋转矢量在拍和驻波讨论中的应用

用旋转矢量讨论了拍和驻波，给出了两者的一般表达式。     

关于“拍”现象的一点讨论

本文通过分析说明了“拍”现象中在零振幅左右、两振动位移同向或反向都是可能的，并利用计算机和示波器进一步证实了这一结论．     

激光外差探测超声位移的原理、方法和实验

本文介绍了激光外差探测超声位移的原理，用布喇格声光衍射盒作为激光移频，锁相环作调相信号解调等方法组成的外差干涉探测装置和实验结果，并分析了空间准直性对激光外差干涉信噪比的影响以及减小探测极限和抑制噪声的途径。     

光外差电信号接收机

光外差电信号接收机李晴棉李也凡何大伟许承杰（中国科学院激发态物理开放研究实验室，长春１３００２１）（中国科学院长春物理研究所，长春１３００２１）关键词光外差，电信号，接收我们利用光学外差的原理和声光集成的技术手段，成功地研制出我国第一台集成光学外差电...     

临近空间相干激光通信链路外差效率分析

临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明:临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响;如果临近空间-临近空间链路距离大于500km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。     

固体激光光折变自适应光外差探测技术研究

依据光折变晶体中自抽运与互抽运相位共轭共存的特性，提出了一种新型的光折变自适应光外差探测系统，并利用相干性较差的固体激光器进行了自适应光外差探测的实验研究。该系统具有结构简单、干扰和外差探测灵敏度高等优点，在光通信、激光雷达等许多领域内都具有重要的实用价值。     

共光路外差干涉法精密测量光学表面

报道了光学外差法测量表面起伏精度及横向分辨精度达到０．１１ｎｍ及４μｍ。本文采用的是完全共光路外差干涉系统，阐述了它的原理、构造及噪声的影响，并将测量结果与其它商品仪器测量结果作了比较。     

激光自外差相干测量中分布反馈半导体激光器电流调谐非线性的补偿方法

半导体激光器的电流调谐非线性对自外差相干测量的精度影响很大.研究了分布反馈半导体(DFB) 激光器的电流调谐特性,据此提出一种数学模型补偿方法.利用已知光程差下的差拍频率,建立了动态调频 系数的数学模型.以此模型对DFB激光器的电流调谐非线性进行补偿,可以将差拍信号频率预测值的相对误差 减小约3%,提高了系统的测量精度.数学模型补偿方法简化了测量系统的结构,适用于高精度的电流调谐 激光在线测量系统.     

脉冲相干激光雷达测距信号研究

对脉冲激光雷达外差测距信号进行了研究，理论上，采用调Q激光脉冲的数值计算波形，研究了脉冲激光经远处目标漫反向后进行外差接收的波形及其傅里叶变换频谱成分。实验上，研究了可调谐电光调Q射频激励波导CO2激光器脉冲激光经目标反射后的外差波形及其傅里叶变换频谱成分，并计算了目标的距离，理论分析与实验结果一致。     

相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究

 为了克服一般绝对距离测量方法量程和精度不能同时满足的问题,提出一种相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量方案。该方案使用相位激光测距技术进行粗测,双纵模He-Ne激光器外差干涉测长技术进行精测,保证两者结合的单值性。建立测量系统,对方案的可行性进行了实验验证,并对影响系统稳定性的因素进行了分析。与双频激光干涉仪的比对结果表明：测量标准差优于1mm,可以满足一些大尺寸的测量精度要求。     

孔径透射率调制对外差探测的影响

信号光与本地光的夹角是影响探测器输出外差信号强度的主要因素。当夹角过大时,甚至不能检测到外差信号。通过分析提出,外差信号的振幅实际上是接收孔径透射率函数的傅里叶变换,以此为依据提出一种降低失配角对外差信号影响的方法,即在接收孔径处放置透射率分布满足一定函数形式的透过型元件,使其傅里叶频谱满足预定的要求,这种情况下两光束夹角增大时,探测器输出的外差信号强度能得到增强,从而降低了对探测系统瞄准精度的要求。     

全光纤双通道大气温室气体激光外差光谱探测技术研究

激光外差光谱技术是近年迅速发展的一种高光谱分辨率遥感探测技术,其装置具有体积小、光谱分辨率高等特点,适用于大气温室气体浓度的探测。各种观测实验已证明其是一种切实、有效的探测手段,在地球大气探测领域具有很大的应用前景和潜力。在现有激光外差光谱仪器的基础之上,提出了一种新型的仪器结构。采用光纤光开关对直射的太阳光进行调制与分束,实现利用单个光纤光开关进行两个波段激光外差信号的同时探测。为全光纤激光外差光谱仪的下一步系统集成和多波段激光外差光谱仪的构建提供了新方法。从激光外差探测的原理出发,分析了激光外差光谱探测技术的优势和关键参数,并结合自行研制的高精度太阳跟踪仪,搭建了一套近红外双通道全光纤式激光外差辐射计的原理样机。详细地阐述了激光外差辐射计原理样机中各功能模块的作用和参数,着重描述了光纤光开关在其中的作用原理和功能,详细地讨论了激光外差光谱仪的波长扫描模式和波长标定方法。在此基础上,讨论了激光外差辐射计的相关参数设置依据和仪器函数的测量方法,并给出了激光外差装置的仪器函数以及相应的光谱分辨率(0.004 4 cm-1)。利用搭建的激光外差光谱仪在合肥地区(31.9°N, 117.166°E)进行了实际的大气探测,同时在波段(6 056.2~6 058.1 cm-1)和(6 035.6~6 036.5 cm-1)分别获取了CH₄和CO₂分子的激光外差吸收信号,并对吸收信号进行了波长标定和归一化,得到了CH₄分子和CO₂分子的整层大气透过率谱,测量光谱信号的信噪比分别为197和209,同时也对分子吸收信号的光谱特征进行了分析。本文的测量实践表明光纤光开关可以用于激光外差光谱系统的结构优化,实现多通道多波段的激光外差光谱同时测量,拓展激光外差光谱仪在大气探测领域的应用。     

用于远程探测的空间外差拉曼光谱技术研究

空间外差拉曼光谱技术是一种新型拉曼光谱探测技术,具有光通量大、高分辨率、无移动部件等技术优势,非常适用于行星探测任务中,对行星表面的矿物及有机物进行分析,探寻可能存在的生命标志物。作者将这一技术运用于远程拉曼光谱探测中,对远程空间外差拉曼光谱仪的光谱分辨率、光谱范围及信噪比等主要特性进行了分析与实验验证。文章对远程空间外差拉曼光谱探测的基本原理进行了简述,设计搭建了一套实验平台,并进行了定标,验证了其性能参数。在此基础上,获取了10 m处部分无机固体样品、有机样品及天然矿物的拉曼散射信号,对系统信噪比进行了估计。由于装调精度不高、光学器件缺陷等原因,系统远非理想。但测试结果表明,对于大部分样品的主要拉曼散射峰,系统信噪比优于5,基本可以满足清楚分辨典型拉曼谱峰的要求,依然可以证明这一技术的可行性。空间外差拉曼光谱技术可以弥补色散型光栅光谱仪与傅里叶变换型光栅光谱仪的主要技术缺陷,在行星表面物质探测与分析领域具有较大的应用前景。作者对于这一技术的研究一定程度上证明了空间外差拉曼光谱技术在远程探测方面的潜力,可为远程空间外差拉曼光谱仪的工程实现提供参考。     

基于时变功率谱的激光器调谐瞬时线宽测量方法研究

半导体激光器的线宽通常采用激光外差测量技术,通过差拍信号的功率谱密度函数来确定,受傅里叶变换方法的限制,得到的均是在一定时间段内的静态平均线宽。为了获得半导体激光器在电流调谐过程中的瞬时线宽特性,提出了利用时变功率谱获知调谐瞬时线宽的相干和非相干测量方法,并分别进行了理论分析和实验验证。首先对半导体激光器输出光信号及差拍信号进行了时间-频率域下的数学描述,确定了时变功率谱与调谐瞬时线宽的关系;其次,针对差拍信号的趋向性特征,提出了趋势局部均值分解方法,并研究了利用分解出的乘积函数建立差拍信号及激光器输出光信号的时变功率谱的方法;最后利用非相干和相干测量法分别获得了分布反馈式半导体激光器在50~51及50~100 mA锯齿波电流调谐过程中的瞬时线宽。     

全光纤光外差检测技术的研究

本文介绍了由普通单模光纤构成的全光纤光外差检测系统的基本原理和实验研究结果。在该系统中采用了自行研制设计的实现全光纤化的两个关键光纤元件：普通单模光纤频率偏移器和普通单模光纤偏振控制器，介绍了此两光纤元件的基本工作原理和设计方法。文章还给出了实际的全光纤外差检测系统，元器件的选用及实现光外差检测空间条件的光路调节方法。