基于相位调制本振的相干检测系统

提出了一种简化的相干检测系统,通过在时域上交替探测信号的同向(Ⅰ)及正交(Q)信息分量,实现了基于单个平衡光电探测器(BPD)的相位分集接收.仿真结果表明,25 Gbit/s的非归零信号经过25 km标准单模光纤传输时,在10-3误码率门限下,其接收灵敏度为 39.97 dBm.用Gram-Schmidt正交化过程算法对信号光与本振(LO)光之间频率偏移引起的I、Q分量失配角进行补偿,当频率偏移小于符号速率的1/5(±5 GHz)时,灵敏度代价约为3.2 dB.此外,当LO光功率较高时,用单PD取代BPD的灵敏度损失约为3 dB.本方案为实现低成本的相干检测提供了一种解决方法.     

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。     

光学外差探测信噪比研究

对于光学外差探测系统而言,为了有效利用回波信号,需要对信噪比这一表征系统性能的重要指标进行研究。从理论分析了信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)λf/d内时,可获得大于0.7ηPs/hνB的信噪比。     

光外差超声无损探伤系统的实验设计和信号处理

对光外差超声无损探伤实验系统的结构、原理进行了说明.分析了系统参数设计中信号光与本振光的光程差、探测器的相对位置和聚焦透镜的焦距这三个要素对外差效率的重要影响,根据理论计算所设计的光外差超声无损探伤系统,外差效率可达0.965.该系统用于由脉冲激励超声工件的内部探伤,观察到距离1 555 mm处钢管微小裂缝的超声反射信号.对零差信号利用三角函数拟合和最小二乘法进行数学处理,可测得裂缝处相对探测点的距离,相对误差为0.19%,可以达到对金属管道远程无损探伤的要求.     

相干激光雷达接收机混频效率

相干激光雷达接收机中,信号光为平面光经衍射形成的艾里斑,本振光为基模高斯光束,在文章中对两者在探测器光敏面上混频的混频效率进行了讨论。对于给定的信号光,若满足fλd21,那么高斯光束束腰半径取0.781fλ/d、探测器半径取1.130fλ/d时获得最大混频效率0.834,这一最佳混频可以通过离焦式扩束望远镜调节高斯光束束腰半径的大小与位置来实现。     

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.     

像差及湍流对90°空间光混频器性能的影响研究

光信号在大气湍流中发生畸变,畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后,存在混频效率低及抖动的问题。针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器,推导了带初级像差的90°空间光混频器模型,并研究了湍流对混频效率的影响。仿真结果表明,对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦、彗差和像散分别导致混频效率下降9.8%、0.6%、0.36%、0.02%和0.01%。对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散、离焦、彗差和球差分别导致混频效率下降14.11%、8.39%、6.35%、2.63%和1.13%。湍流强度Cn²小于6.4×10^-17m^-2/3时,空间输出型比单模输出型混频器的混频效率高19%以上,在湍流强度Cn²大于6.4×10^-16m^-2/3时,两者混频效率接近于0。最后设计加工了空间输出型和单模输出型90°混频器,并搭建性能测试平台。对于探测器靶面半径为50μm的空间输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、球差和离焦导致混频效率下降52%、10%和6%;对于单模输出型混频器,像差量为0.2λ的倾斜、像散和离焦导致混频效率下降65%、24%和11%,其他像差对混频效率没有影响。湍流对混频器性能影响的实验结果显示,空间输出型光混频器中频信号值的标准差为21.388,该值远低于单模输出型标准差247.442。     

相干探测系统最佳本振光功率测量方法(特邀)

相干探测系统受光电探测器非线性效应作用,难以达到散粒噪声极限下信噪比,存在最佳本振光功率使得系统信噪比最大。针对系统最佳本振光功率难以确定的问题,首先分析基于平衡探测器的最佳本振光功率理论,提出基于互相关法和频谱法直接测量外差信号并计算信噪比以确定最佳本振光功率,搭建实验完成了三型光电探测器对应的系统测试。结果表明,测量的信噪比随本振光功率的变化曲线与理论基本吻合,可以准确得到不同探测器对应的最佳本振光功率。本文方法可用于确定相干探测系统最佳本振光功率以及提高系统信噪比。     

合成孔径激光成像雷达的二维匹配滤波成像算法

提出了一种合成孔径激光成像雷达(SAIL)的二维匹配滤波成像算法,对利用单频本振激光与线性调频信号光外差接收得到的SAIL目标回波信号同时在距离向、方位向进行相位二次项匹配滤波以实现目标成像。给出了单频本振信号外差接收情况下的单一分辨单元的二维数据收集方程,并对SAIL二维匹配滤波成像算法进行了数学描述,具体分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率,给出了此算法对模拟SAIL回波信号的成像处理结果。     

振动对星间相干激光通信的影响

针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差，使系统信号信噪比下降，误码率 (BER)增加，该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型，结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型，以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响，给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大，在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内，系统误码率小于10^-6。     

Wavefront match simulation on receiver surfaces in coherent lidar

ＷａｖｅｆｒｏｎｔｍａｔｃｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｒｅｃｅｉｖｅｒｓｕｒｆａｃｅｓｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｌｉｄａｒＺＨＡＯＹｕａｎＳＵＮＤｏｎｇｓｏｎｇＱＩＡＯＬｉｊｉｅＮＡＮＪｉｎｇｄａ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｈａ...     

相干瑞利散射海水水下温度测量技术的理论研究

海水水下温度的快速大范围测量是海洋监测的重要内容,在民用和军事领域都有着至关重要的意义,本文提出了采用相干瑞利散射方法测量海水水下温度的新方法:用宽带高速光电探测器接收本振激光和海水后向瑞利散射光相干产生的差频信号,进行傅里叶变换分析获取海水瑞利散射展宽谱,从而反演海水温度,首先从海水的热力学特性出发,对利用瑞利散射谱测量海水水下温度的基本原理进行了理论研究和软件模拟;然后对采用相干探测测量海水瑞利散射谱的测量方法进行了理论分析和软件模拟;在此基础上对瑞利散射海水水下温度测量精度进行了分析,得出当水体瑞利散射频谱半宽度测量精度为1 MHz时,测温精度约为0.35 K。     

微波电光调制的布里渊散射分布式光纤传感技术

在分析布里渊散射分布式光纤传感器检测原理的基础上,针对布里渊散射光信号比较微弱且和瑞利散射光之间存在频移的特点,采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和后向布里渊散射光进行相干检测,得到放大的布里渊散射光信号,再用高速模拟数字转换和存储叠加进行时序信号处理,最后得到分布式传感信号。给出了各部分实验过程和结果,得出与理论分析一致的布里渊散射光频谱和光强随温度升高而产生变化。实现了25km的分布式温度传感,初步实验结果证明了方案的可行性。     

Dual-signal heterodyne lock-in amplification with lasers

High-sensitivity heterodyne detection with lasers applied to radar and satellite communication is seriously hampered by the large electronic bandwidth due to Doppler shift and frequency instability. These drawbacks can be circumvented by dual-signal heterodyne detection. The system consists of mixing the local oscillator with two signal beams and the lock-in amplification at the beat frequency of the two intermediate frequencies. The signal modulation is demodulated by the lock-in amplification. A detailed analysis of the accompanying noise is given. The derived NEP is much smaller than that of a conventional heterodyne system. As examples, the system is applied to radar and space communication.     

A low noise heterodyne receiver for astronomical observations operating around 0.63 mm wavelength

A heterodyne receiver is described in which an InSb hot electron bolometer is used as a mixer. The local oscillator power is obtained by doubling the frequency of a backward wave oscillator. The receiver operates between 460 and 500 GHz (0.65–0.6 mm). Noise temperatures amount typically to 1000 K.     

The study of third harmonic demodulation in phase modulation optical heterodyne technique using optical resonator

With the technique of phase modulation optical heterodyne(PMOH), we detected the beat-frequency signal of the reflected wave from a F-P cavity. The frequency of the beat signal was three times of that of the modulation electric field, when the 3rd harmonic of the modulation electric field was used as the phase reference signal. The line shapes of the signal match those of the theoretical calculations, and the dispersion signal has good frequency-discrimination characteristic.     

Narrowband heterodyne reception using unstabilized sources

Source power for laboratory-type experiments is often limited at millimeter and submillimeter wavelengths. This requires the use of sensitive receiving equipment. Cooled square-law detectors and narrowband heterodyne detectors are examples. We have developed a coherent mechanical frequency shifter, which makes possible narrowband heterodyne detection without the need for highly frequency stable sources. Identical frequency and phase fluctuations of the transmit and local oscillator signals derived from one source are eliminated at the intermediate frequency. The widely tunable frequency shifter, designed for a 637GHz scale-model radar, was tested in a 140GHz non-radar configuration. We investigated the receiver's minimum coherently resolvable bandwidth and its sensitivity. Several types of sources were compared for the effect of local oscillator amplitude noise on receiver sensitivity at low intermediate frequency.     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。