基于微波光子的可重构变频移相信号产生

提出一种基于偏振复用-双平行马赫-曾德尔调制器(PDM-DPMZM)的微波光子变频移相信号生成方案。通过改变调制器的直流偏置电压可以实现二倍频移相信号生成或者上/下变频移相信号生成,生成信号的相位仅通过控制检偏器偏振方向与调制器一个主轴之间的角度α就能实现-180°～180°的连续调谐。在光频梳的支持下,本方案可扩展为多通道独立相位调谐的系统。仿真结果表明,频率为5 GHz的射频信号在三种功能下可以分别转换为二倍频信号10 GHz、下变频信号1 GHz和上变频信号13 GHz,它们的相位可实现-180°～180°的全范围连续调谐,且不同相位下生成信号的功率响应相对平坦。     

飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱技术进展

飞秒光学频率梳以其频谱宽、脉宽窄、频率稳定度高等优点,对光学频率计量、绝对距离测量、高精度光谱测定产生重大影响。飞秒光学频率梳的时域特性和频域特性溯源至微波频率基准,使得高精度气体吸收光谱探测成为可能。飞秒光学频率梳光谱技术具有测量速度快、光谱灵敏度高、分辨率高、信噪比高等优点,因此加大对飞秒光学频率梳光谱技术的研究力度将更好地服务于环境保护、工业生产、生物医学、科学研究等各领域。飞秒光频梳高精度气体吸收光谱主要可分为光频梳腔衰荡光谱、光频梳腔增强光谱和双光频梳多外差光谱。其中,根据采集方式不同,光频梳腔增强光谱又可分为梳齿游标测量法、虚拟成像相位阵列测量法和傅里叶变换测量法。目前,国外已广泛开展相关研究,而国内仍处于起步阶段。本文综述了飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱探测的主要技术方法,展示了不同测量方法典型的实验方案,分析了各探测方法的优缺点,并追踪了主要研究小组的前沿成果。     

太赫兹半导体激光光频梳研究进展

光频梳由一系列等间距、高稳定性的频率线组成.由于具有超高频率稳定性和超低相位噪声,光频梳在精密光谱测量、成像、通信等领域具有重要应用.在太赫兹波段,基于半导体的电抽运太赫兹量子级联激光器具有大功率输出、宽频率覆盖范围等特点,是产生太赫兹光频梳的理想载体.本文主要介绍基于太赫兹半导体量子级联激光器光频梳的研究进展,详细列举了自由运行、主动稳频和被动稳频模式下产生光频梳的方法.双光梳光谱可以克服传统太赫兹光谱仪需要机械扫描系统而难以实现实时光谱检测的难题,是光频梳应用的主要方向.在光频梳基础之上,本文还介绍了采用两个太赫兹量子级联激光器产生双光梳的方法和应用.     

基于锁模光学频率梳的高速数据传输

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频至射频域,生成携带编码信息的高速、高阶、低相位噪声的调制信号,再结合锁模光学频率梳窄线宽、多波长的特性,仅使用单个激光器即可实现基于波分复用技术的大规模并行高速通信.仿真验证了该方案的可行性,随后在100 m的自由空间光链路中使用光子微波信号进行16元正交幅度调制通信实验,实现了误码率低于10^-6的14 Gbit/s数据传输.     

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术结合（SDM）,通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。     

两步法提高时延差估计精度的分析和实验验证

为提高短基线水声定位系统的定位精度,对利用两次估计提高时延差计算精度的方法进行了理论分析、仿真和实验验证,并给出了具体的实现步骤。该方法将时延差估计值分解成了时延差初测值和时延差修正值,前者直接利用相关函数包络求解,后者与相关函数相位差之间存在映射关系,通过频域的相位差估计获得。仿真和实验的结果显示,采用这一方法能够获得很高的时延差估计精度。两步法具有很强的实用性,可以有效的提高短基线水声定位系统定位精度。      

光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量

实验利用商品光纤飞秒激光器,自行构建了一套完整的光学频率梳系统,并获得了约30 dB信噪比的系统频移(f_ceo)信号.实现了光频梳重复频率(f_rep)信号及系统频移(f_ceo)信号的高稳定度锁定,并通过实验验证了光频梳锁定的跟踪精度.基于此稳定光频梳完成了对1064 nm碘稳频Nd:YAG固体激光器的绝对频率测量.实验结果表明,f_rep的跟踪精度在100 s取样时间时优于3.7×10^-14,测量得到的1064 nm激光器绝对频率为:281630111757362 Hz.这一测量结果与国际计量委员会(CIPM)给出的国际推荐值符合到不确定度之内. 关键词： 光纤光频梳 稳频 锁相技术 光学频率计量     

太赫兹量子级联激光器光频梳射频传输

针对太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号提取与传输存在的阻抗不匹配问题,设计并提出了一种输入阻抗为20Ω、输出阻抗为50Ω的渐变微带线结构,研究了该结构的准TEM模电场分布,并根据S参数建立了相应的LC等效电路模型分析其物理机理。实验中,将渐变微带线结构应用于太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号提取与测试,以验证渐变微带线传输射频信号效果,成功测量得到太赫兹量子级联激光器重复频率,其线宽为3.7 kHz,信噪比达到60 dB,在注入电流为700～900 mA范围内重复频率表现为稳定的单模信号,测量得到的最大保持和幅度艾伦方差结果同样表现出重复频率的稳定性。实验结果表明,所设计的渐变微带线具有良好的阻抗匹配效果,能够实现对太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号稳定的提取和传输。     

重复频率倍增光频梳时域互相关绝对测距

利用法布里-珀罗标准具对光纤光频梳的重复频率(重频)进行倍增,使光频梳重频从最初的250 MHz提升至10 GHz,对应的脉冲间距从1200 mm缩减至30 mm,极大地降低了脉冲互相关测距方法对参考臂扫描范围的需求.建立了重频倍增光频梳的时域互相关干涉信号数学模型,通过数值模拟分析了光源参数(重频、起始偏移频率)和法布里-珀罗标准具参数(色散、腔长、中心波长)对滤出光谱形状以及互相关信号的影响.在实验中,使用重频倍增后的光频梳进行脉冲互相关干涉绝对测距,与参考干涉仪对比,在210 mm范围内获得优于4μm的测距精度.     

相位自校准的光纤微波频率绝对相位传递

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号，使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差，利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期，并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证，频率传递的稳定度优于4×10^-14@1 s,5×10^-17@10 000 s。系统多次重启的情况下，所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad，对应于整个周期的0.15%，可保证较高的相位一致性。     

基于主动锁相的二维电子光谱方法

二维电子光谱是探测复杂系统激发态相干动力学的重要工具,实现二维电子光谱测试的最大挑战是精确控制多束超短脉冲之间的相位差. 本综述回顾了利用主动相位管理方法实现二维电子光谱仪装置,主要包括干涉仪相位稳定、声光调制器进行频率标记和多光频梳等三类方法;结合四波混频、泵浦探测及完全共线等不同构型,能实现高时空分辨及量子跃迁通道选择的二维光谱检测. 超短脉冲技术与主动相位调控的结合实现二维电子光谱学方法,为研究激发态相干动力学提供新的机遇.     

基于主动锁相的二维电子光谱方法（英文）

二维电子光谱是探测复杂系统激发态相干动力学的重要工具,实现二维电子光谱测试的最大挑战是精确控制多束超短脉冲之间的相位差.本综述回顾了利用主动相位管理方法实现二维电子光谱仪装置,主要包括干涉仪相位稳定、声光调制器进行频率标记和多光频梳等三类方法;结合四波混频、泵浦探测及完全共线等不同构型,能实现高时空分辨及量子跃迁通道选择的二维光谱检测.超短脉冲技术与主动相位调控的结合实现二维电子光谱学方法,为研究激发态相干动力学提供新的机遇.     

船舶辐射噪声解调谱相位耦合特性与应用

研究了船舶辐射噪声解调谱谐波线谱的相位特性,通过对实际船舶辐射噪声数据分析,指出船舶辐射噪声解调谱线谱中轴频线谱相位和部分谐波线谱相位之和,与叶频线谱相位的差值为零或为一常数,即存在相位耦合关系。给出了频率具有耦合关系、相位差为非零常数谐波信号的高阶累量,并对这种谐波信号的高阶谱进行了仿真计算。研究了船舶辐射噪声解调谱线谱相位耦合特性的利用方法,通过对部分典型弱调制噪声信号高阶谱分析,指出利用相位耦合关系可以提高弱解调谱船舶目标的螺旋桨参数特征提取能力。      

基于单光频梳的卫星通信多频段变频方法

提出一种基于单光频梳的简单,灵活和稳定的变频方法。该方法使用了双偏振正交移相器,该调制器是一种集成调制器,集成了两个双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM),其中一个DPMZM作为光频梳产生器,另一个进行载波抑制单边带调制产生单边带信号。从该调制器输出的信号是一个正交的耦合信号,在偏振控制器和偏振片的控制下,被转化为一个具有固定偏振角的信号,最后送入光电探测器实现微波信号的产生。仿真结果表明,通过适当调整该集成调制器中6个直流偏置点和外接的移相器,可以实现多频段变频。比如C波段3.8GHz的信号可以被变频到X,Ku,K和Ka波段;X波段9.6GHz的信号可以被下变频到C波段同时也可以被上变频到Ku,K,Ka波段。除此之外,整个系统体现出对直流偏置点漂移的良好适应性,具有很好的可操作性。     

基于激光拍频高准确度相位式测距方法

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时,为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明,该方法可以有效抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题,调制信号频率为100 MHz、信噪比为30dB时测距准确度优于0.5mm.     

欠采样包裹相位图的恢复方法

针对非球面光学元件面形检测中的欠采样问题,提出了一种欠采样包裹相位图的恢复方法.首先,将原始欠采样包裹相位图在水平和竖直两个方向进行一个像素的错位相减,得到两个包裹相位差图.其次,对这两个包裹相位差图进行解包裹运算,得到两个解包裹相位差图.最后,应用傅里叶变换和最小二乘法恢复出连续的相位分布.模拟结果表明该方法可以高精...     

基于光梳多波长干涉实时绝对测距的同步相位解调

光梳的出现带来了大尺寸高精度绝对测距(ADM)技术的革新,其卓越的光频特性推动了基于多波长干涉的实时ADM的发展。为在基于光梳多波长干涉的实时ADM中实现干涉信号的同步相位解调,提出了基于多波长外差干涉的多路同步相位解调信号处理方法,研制了相应的同步相位解调模块。实验中通过对波长进行解复用,测试了多路相位计的线性精度、稳定度和同步性等性能,对多波长干涉信号的实时同步相位解调进行了实验分析,验证了该方法实现高精度同步相位解调的可行性。     

基于相位差实时计算法实现相控式高强度超声聚焦

利用时间反转法对相控阵高强聚焦超声系统进行自适应聚焦,需要计算出各阵元的初始发射相位。锁相环电路初始工作时频率有震荡,用常规计算相位差的方法当截取数据的时间段不同时计算出的相位差不相同。提出一种计算相位差的方法,可以实时显示相位差的变化,将稳定后的相位差作为相控阵聚焦系统各发射阵元的初始相位。实验结果表明,用此方法计算的相位差进行聚焦可以在一定空间范围内得到较好的声场分布。      

载波-包络相位对于基频光与其自身倍频光脉冲合成的影响

将基频光与其自身的倍频光合成，是一种得到超过一个倍频程的超宽光谱的简单方法，而载波_包络相位(CEP)对合成超宽光谱产生的超短脉冲有重要的影响. 本文从光频梳的角度，根据钛宝石激光器中产生的超短脉冲光谱，计算载波_包络相位对该脉冲与其自身的倍频脉冲合成产生的超短脉冲的影响，说明了调整载波_包络相位对于脉冲合成的重要性. 关键词： 超短脉冲 载波_包络相位 光频梳 脉冲合成     

空间走离对量子光学频率梳压缩特性的影响

量子光学频率梳在量子计算、量子信息以及高精度量子测量等领域都有重要的价值,同步泵浦光学参量振荡器是制备量子光频梳最主要的手段.本文采用中心波长为815 nm、脉冲宽度为130 fs的锁模飞秒脉冲激光二次谐波泵浦Ⅰ类共线BiB₃O₆晶体以制备真空压缩态量子光频梳,给出了同步泵浦光学参量振荡器中空间走离效应对获得量子光频梳压缩度的影响.研究表明,随着晶体长度的增加,压缩度的增长会受到空间走离效应限制,经计算在晶体长度为1.49 mm时压缩达到最大.在此基础上,本文实验研究了在四种晶体长度下获得的真空压缩态量子光频梳的压缩特性,当BiB₃O₆长度为1.5 mm时获得了(3.6±0.2) dB的最大真空压缩,考虑损耗后为(7.0±0.2) dB,实验结果与理论分析相符.该研究揭示了飞秒脉冲光在非线性晶体中存在的空间走离效应是影响量子光频梳压缩特性的重要因素,为优化量子光频梳的实验测量提供了指导.