1.55μm相干激光测风雷达平衡式探测接收实验

研究了用于相干激光测风雷达信号接收的平衡式探测接收技术.推导出了平衡式相干探测过程的数学模型和信噪比表达式,并通过仿真软件对该模型进行了模拟仿真.在同等输入条件下,当平衡式相干探测系统的最佳分束比范围在[0.293,0.707]时,其信噪比比普通相干探测的信噪比高.此外,平衡式探测接收还具有判断风向的功能,最后通过实验验证了仿真结果.     

双平衡式探测在激光测速仪中的应用研究

为了增大激光多普勒测速仪的测量距离,设计了基于马赫-曾德尔环形结构的双平衡式探测接收系统来提高灵敏度。基于平衡探测光电流的表达式,推导了平衡探测系统信噪比的表达式并对相关因素进行仿真实验。仿真结果表明:在相同光信号输入条件下,当两个探测器的量子效率比值在(0.236,1)之间时,平衡探测系统的信噪比高于普通相干探测系统的信噪比,并且当探测器量子效率相等时,信噪比最大。最后通过实验验证量子系数的比值对信噪比的影响。,     

光束分束比对2μm平衡式相干探测系统信噪比影响的实验研究

给出了平衡式相干探测系统的一般信噪比数学模型,对该数学模型和普通单源相干探测系统的信噪比模型进行了数值仿真对比研究.仿真结果表明,当平衡式相干探测系统中的光电探测器理想匹配时,其系统的信噪比以分束比系数等于0.5呈对称分布;而当光电探测器失配时,系统的最大信噪比所对应的最佳光束分束比发生偏离.最后搭建了2μm平衡式相干...     

基于声光移频的激光侦测正交解调方法

针对激光侦测信号调制与传输特点,提出一种基于多普勒移频的激光侦测系统,研究声光多普勒移频效应理论,探讨相干光平衡探测与正交解调原理,从数值仿真和频域分析了系统抗噪性能及载频失配对信号恢复的影响,给出基于声光移频效应的相干平衡激光侦测的技术实现方法.实验结果表明,基于相干平衡探测与正交解调的激光侦测系统可有效抑制基底及过剩强度噪声对系统输出的影响,进一步提高接收信噪比,实现声波振动对界面产生微扰的非接触信号检测,为实际应用提供一种有效的技术途径.     

时域光学相干层析系统噪音分析和实验研究

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性,给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型,并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明,平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音,理想情况下,最大信噪比可达100 dB左右...     

基于声光效应的相干探测光学降噪方法研究

研究声光效应光栅理论,分析动量匹配与衍射效率关系,探讨相干光平衡探测的噪声抑制机理,进行了系统设计和相关实验测试,验证基于声光效应的相干平衡探测系统光学降噪方法的技术实现。结果表明,相位确定的信号在进行声光互作用时能建立稳定光栅,其衍射效率将大于相位随机变化的噪声信号,通过平衡探测可有效抑制噪声起伏对系统输出的影响,进一步提高接收信噪比。     

时域光学相干层析系统噪音分析和实验研究

本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性,给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型,并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明,平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音,理想情况下,最大信噪比可达100 dB左右|同时实验表明,如果实际的系统不能完全消除冗余噪音,其信噪比可能要比理论值小10~20 dB.本文的主要结果将可直接用于时域光学相干层析系统工作状态的测试和诊断当中,对频域光学相干层析系统噪音性能的分析和优化也将有所裨益.     

基于压缩光的量子激光雷达技术

利用Wigner函数对真空态、单光子态、压缩态在相空间的噪声分布进行仿真,并系统分析了基于压缩光的量子相干激光雷达和压缩光注入式量子激光雷达.研究表明,相比经典激光雷达,较高压缩度有利于量子相干激光雷达探测信噪比的提升,理论上8dB的压缩度可以使信噪比提高6.25倍;而压缩光注入式量子激光雷达系统的空间分辨率主要取决于真空压缩光的压缩度和无噪声相敏放大系统的增益.由于压缩光对探测信噪比的提升作用,量子激光雷达在微弱信号探测和高分辨率成像领域具有显著优势.     

基于压缩光的量子激光雷达技术（英文）

利用Wigner函数对真空态、单光子态、压缩态在相空间的噪声分布进行仿真,并系统分析了基于压缩光的量子相干激光雷达和压缩光注入式量子激光雷达.研究表明,相比经典激光雷达,较高压缩度有利于量子相干激光雷达探测信噪比的提升,理论上8dB的压缩度可以使信噪比提高6.25倍;而压缩光注入式量子激光雷达系统的空间分辨率主要取决于真空压缩光的压缩度和无噪声相敏放大系统的增益.由于压缩光对探测信噪比的提升作用,量子激光雷达在微弱信号探测和高分辨率成像领域具有显著优势.     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.     

声光偏转效应在相干光检测的应用

为使现代电子侦察技术能适应信号密集、宽频谱、大动态的电磁环境, 提出了一种基于声光偏转器实现相关光信号处理的方法, 分析了射频信号频率变化与布拉格衍射角的关系, 讨论了声光偏转效应对信号频率的空间滤波特性; 在理论分析的基础上, 构建了在可见光范围内实现声光偏转的相干光信号探测的实验系统, 并通过计算机仿真对比, 验证了这种方法的可行性。实验表明, 采用波长为630 nm的单频激光, 带宽为200 MHz的声光偏转器, 其频率分辨率优于1 MHz, 频率信号的空间分离效果明显, 接收灵敏度和信噪比得到改善。     

On the detectabillity limit of coherent optical signals in thermal radiation

The problem of detecting a completely known coherent optical signal in a thermal background radiation is considered. The problem is a quantum mechanical analog of detection of a known signal in Gaussian noise. The quantum detection counterpart is formulated in terms of a pair of density operators and a solution is shown to exist. A perturbation solution is obtained by making use of a reproducing kernel Hilbert space of entire functions. The solution is particularly applicable to optical frequencies, where the effect of thermal radiation is small, and it is shown to converge to known results at zero thermal radiation. Curves are generated showing the detectability limit at optical frequencies. Also considered is the problem of finding an operator that maximizes a signal-to-noise ratio, defined for quantum detection in analogy with the classical theory. For a coherent signal with random phase, the operator that maximizes the signal-to-noise ratio is identicial to the one obtained by applying the Neyman Pearson criterion, thereby establishing a complete analogy with the classical detection theory. For a signal with known phase, however, the analogy breaks down in the limit of zero thermal radiation. In that case, it is shown that an operator that maximizes the classical signal-to-noise ratio does not exist.A part of this paper has been submitted to the University of California, Los Angeles, in partial satisfaction of the Ph.D. requirement.     

Coherent raman spectroscopy

A review of the salient features of five coherent Raman techniques is given, including typical spectra produced by each technique. The resonant and nonresonant signal contributions in the monochromatic plane wave limit are calculated for: (1) Coherent AntiStokes Raman Spectroscopy(CARS); (2) a polarization technique referred to as ASTERISK; (3) Raman-induced Kerr-effect Spectroscopy(RIKES); (4) Optically Heterodyned RIKES (OHD-RIKES); (5) Stimulated Raman Spectroscopy (SRS). The relevant noise contribution to each of these techniques is developed within the framework of a comparative signal-to-noise analysis, and realistic detection limits are discussed. The OHD-RIKES technique is selected as the most viable of the coherent Raman techniques which satisfies the following criteria: (A) suppression of nonresonant background signals and enhanced signal-to-noise ratio; (b) simplicity of operation and interpretation of results. This is the first known application of optical heterodyne detection and optimization to coherent Raman spectroscopy, and the principles developed are generally applicable to all forms of third-order nonlinear spectroscopu.     

基于相位调制-解调的光纤激光相位噪声检测方法研究

在主动相位控制相干合成中,常用的光纤激光主动相位控制方法主要有外差法、多抖动法和随机并行梯度下降算法等. 基于多抖动法和外差法的原理,提出了一种新型的基于相位调制-解调的相位检测与控制方法. 该方法利用周期信号对参考光进行相位调制,将调制后的参考光与待检测信号光进行相干检测,通过对相干光强信号和相位调制信号的融合处理,实现相位噪声的检测和控制. 对该方法进行了数值模拟和实验研究. 实验结果表明,对于频率为2 kHz,噪声范围为[0,2π)的正弦噪声,相位检测精度优于λ/50,控制精度可达 关键词： 光纤激光 相干合成 相位噪声检测 调制-解调     

光寻址电位传感器的正交相位检波检测方法

光寻址电位传感器的幅度检测方法易受噪声干扰,灵敏度差,信噪比和精度低,且受调制光源的影响较大,影响检测结果的准确性.为此提出了一种基于正交相位检波的光寻址电位传感器检测方法.该方法是将光寻址电位传感器的输出光电流信号分别与两路正交信号相乘,通过低通滤波提取直流分量并相除,即可得到光寻址电位传感器的输出信号相位信息.与已有的光寻址电位传感器相位检测方法相比,该方法具有算法复杂度低、实时性高的优点.实验研究了调制光源光强对光寻址电位传感器幅度检测和相位检测的影响,对比分析了光寻址电位传感器的传统幅度检测方法与正交相位检波检测方法对pH检测的灵敏度、线性度及信噪比.结果表明,相比于幅度检测方法,调制光源光强对光寻址电位传感器的相位检测影响更小,在频率为10 kHz,pH的范围为1.68~10.01的情况下,相位检测方法比幅度检测方法测得的灵敏度增加了7 mV/pH,精度提高了14.9 mpH,非线性误差减小了0.003%,均方差减少了0.1051×10^-5,信噪比增加了8.2827 dB.该方法特别适用于弱光下的光寻址电位传感器检测.     

Beam-splitting ratio impact on the SNR for the balanced heterodyne

Considered the beam-splitting ratio, the mathematical model of balanced heterodyne receiver is established, and the mathematical expression of the relationship between the signal-to-noise ratio and the beam-splitting ratio is obtained. Based on the experiment, we got the best range of beam-splitting ratio which is 0.159–0.5. The experiment results show that, in the framework of the best beam-splitting ratio, the balanced heterodyne receiver has better signal-to-noise ratio than the common heterodyne receiver.     

高场核磁共振的数字正交检波方法

在核磁共振中,常规的正交检测技术采用两路相敏检波.因为两路相检波的相位和幅度存在不平衡而引起谱失真,所以必须用相位循环来消除.这增加了实验时间.本文提出并在MSL-300 NMR谱仪上实现了一种数字正交检波方法.这种方法使用单路相检波,避免了两路不平衡而引起的谱线失真,因此不需要相位循环技术     

压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

平衡零拍探测是测量量子光场的重要方法之一. 通过对相位灵敏光学参量放大器注入的信号进行位相调制, 然后利用平衡零拍探测系统测量光学参量放大器输出的压缩光. 将相位灵敏光学参量分别运转在参量放大和参量缩小, 通过观察噪声谱中的调制信号就可确定测量的量子光场是正交振幅或位相分量. 通过解调位相调制信号可获得误差信号, 实现锁定平衡零拍探测系统本底光与待测光场相对位相为零(对应于待测光场振幅噪声分量). 关键词： 平衡零拍探测 位相锁定     

Ultrasensitive pulsed, balanced homodyne detector: application to time-domain quantum measurements

A pulsed, balanced homodyne detector has been developed for precise measurement of the electric field quadratures of pulsed optical quantum states. A high level of common mode suppression (>85 dB) and low electronic noise (730 electrons per pulse) provide a signal-to-noise ratio of 14 dB for measurement of the quantum noise of individual pulses. Measurements at repetition rates as high as 1 MHz are possible. As a test, quantum tomography of the coherent state was performed, and the Wigner function and the density matrix were reconstructed with 99.5% fidelity. The detection system can be used for ultrarsensitive balanced detection in cw mode, e.g., for weak absorption measurements.