频率调制强吸收光谱中残余幅度调制的理论分析

由电光调制器(EOM)中双折射效应及线偏光不完全沿EOM调制方向诱发的残余幅度调制(RAM)使频率调制(FM)光谱技术在微量气体检测中的应用受到极大的限制。基于光场与晶体相互作用及光学干涉原理推导出存在RAM时FM光谱的线型表达式,确定出输入线偏光角度、EOM中双折射效应、FM系数等是影响线型的主要因素,且当入射EOM光的偏振角度偏离调制方向越大,双折射效应引起的特征偏振方向相位差越大,线型扭曲越严重;同时在FM色散光谱中存在一个受两者影响的直流偏置;最后给出通过伺服控制这两过程可以达到抑制RAM的目的。这些现象及线型的分析将为基于光纤器件的FM光谱提供必要的理论支持。     

电光调制器输入端光纤温度对光纤频率调制光谱影响的研究

激光光谱技术由于其高灵敏、高分辨、可在线检测等优点被广泛的应用与痕量气体探测领域,而频率调制光谱(FMS)技术由于其除了探测灵敏度高的优点外且可同时探测气体样品的吸收和色散,通常还被应用于原子分子物理、量子光学等领域。发展全光纤FMS可以在保持气体探测灵敏度的同时有效简化实验装置,然而FMS是一项偏振态敏感技术,光纤温度变化等引起不适当的偏振态变化会诱发残余幅度调制(RAM),该RAM不仅使FMS线型扭曲,同时对其色散信号产生直流偏置,因此研究光纤温度对RAM特性的影响具有非常重要的意义。研究首先通过理论和实验验证了相位可控波片模型解释保偏光纤特性的可行性,然后实验测量了进入电光调制器(EOM)前保偏光纤温度对RAM的影响,发现由RAM引起的色散光谱直流偏置随温度呈正弦变化,且在24和26.8 ℃时直流偏置为零,即无RAM的状态,然而基于温度的直接RAM消除无法替代Wong-Hall提出的伺服反馈控制来实现其长期抑制,这种温度诱发RAM的变化也是所有FMS色散信号背景漂移的主要原因。     

电光调制器低频控制对受残余幅度调制影响的频率调制光谱线型优化研究

频率调制(FM)光谱技术中由于激光偏振态变化产生的残余幅度调制(RAM)使其在微量气体检测中的应用受到极大的限制。理论上详细分析了这一过程产生的原因,获得了存在RAM时FM光谱线型的表达式,同时给出N.C.Wong和J.L.Hall(W-H)方案抑制RAM后的FM光谱线型表达式;在实验上通过对乙炔气体的测量获得了存在RAM时的光谱线型,同时采用W-H方案对RAM进行了抑制,并获得了优化的光谱线型;最后基于理论结果对实验线型进行了拟合,两者差值小于信号峰峰值的4%。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

腔内相位调制全光纤脉冲激光器Ⅱ: 理论

针对低频腔内直接相位调制时全光纤激光器的脉冲现象,提出了合理的理论解释。基于光纤激光器自脉冲和固体激光器空间耦合的理论,对脉冲光产生的机理进行了分析,解释脉冲光产生的物理机制。假定光纤激光器中存在两个正交的偏振态,且两个偏振态以固体激光器空间耦合的模型耦合; 在相位调制作用下,两个耦合的偏振态之间相位差变化,导致两个偏振态的耦合特性发生变化,从而产生脉冲光输出。建立相应的数学模型,进行定性的理论分析。数值模拟表明,理论分析与实验结果符合得很好。     

空间振幅调制光谱偏振测量技术研究

空间振幅调制光谱偏振测量技术通过由光楔、偏振片组成的调制模块,将目标的偏振信息调制到与光谱维垂直的空间维,单次测量即可同时获取目标的偏振信息和光谱信息。首先阐述空间振幅调制光谱偏振测量技术的基本原理,然后利用空间调制光谱偏振仿真软件进行理论仿真,并且给出了具体的实验研究方案,通过对比理论模拟图像和实验图像,验证实验的可靠性。以Q=0,U=1,V=0和Q=1,U=0,V=0作为入射偏振光进行实验,在波长范围500～600 nm采样10组数据,利用最小二乘法对实验输出的偏振光进行偏振解调。结果表明：解调后入射光的线偏振度与参考入射光的误差值分别小于2.5%和4%,偏振角误差值小于1.8%和2%,验证了实验和算法的可行性,并对两组复合光楔中心误差对偏振测量的影响作了简要分析,结果表明中心误差对偏振分量Q和V的测量影响较大。     

基于弹光调制的高灵敏旋光测量

为了实现连续稳定、高速、高精度和高灵敏度的光学旋光测量, 考虑到弹光偏振调制技术具有高的调制频率、调制纯度、调制精度和良好的调制稳定度等应用优势, 设计了一种基于弹光调制的旋光测量新方案. 检测激光经起偏器、测量样品、弹光调制器和检偏器到探测器的光路设计, 使得测量系统选用较少的光学器件, 最大化地降低了光学器件可能引入的测量误差; 起偏器和检偏器偏振轴相对于弹光调制器快轴方向分别取0°和45°的光学安排, 并选择弹光调制的二倍频信号作为研究对象, 有效避免了弹光调制器剩余双折射对旋光样品测量的影响, 提高了旋光测量精确度; 将探测器输出调制信号的直流和交流分开输出, 并将交流信号进行前置放大处理, 然后再锁相输出, 进一步提高了测量灵敏度. 设计了将激光调制为圆偏光, 然后精确调节起偏器来替代样品的旋光测量验证试验, 确定了系统旋光测量的比列系数, 并且获得旋光测量灵敏度为3.15×10^-7 rad, 测量精度优于0.3%. 所以, 本方案实现了较高灵敏度旋光测量, 有望应用于高灵敏旋光测量领域, 并且本方案的实验可为高灵敏旋光测量系统的定标提供参考.     

基于长周期光纤光栅载边比连续可调的单边带调制光载无线通信系统

提出了一种基于长周期光纤光栅(LPFG)载边比(CSR)连续可调的单边带调制光载无线通信(RoF)系统。其核心单元是由偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、两个平行的长周期光纤光栅和偏振合束器(PBC)构成的载边比调节单元。通过调节偏振控制器输出的偏振角度,就可以实现载边比的连续可调。进一步分析了调制指数、长周期光纤光栅透射率峰值和马赫-曾德尔调制器消光比对载边比的影响。仿真结果与理论分析结果具有很好的一致性。经40km标准单模光纤(SMF)传输后的仿真实验表明,当载边比由13.22dB调节到5.4dB后,系统灵敏度提高了5.7dB。     

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法, 并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter, PEM-ISP). 介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理, 并从PEM-ISP的探测原理出发, 通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵, 推导出了相应的偏振测量公式; 通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性; 最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响, 对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析. 结果表明, 1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差 <0.6%. 本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据. 关键词： 偏振调制 三弹光调制器 差频 成像光谱偏振仪     

空间振幅调制光谱偏振测量技术信息提取研究

基于空间振幅调制的偏振测量技术，通过由复合光楔和检偏器组成的偏振调制模块将入射光偏振信息调制到空间维，再结合色散模块能够在单次测量中同时获取目标的偏振信息和光谱信息。首先，介绍了系统测量原理，推导出系统调制和解调方程。然后，通过对解调方程的分析，证明了系统具有区分不同偏振态入射光的能力，评估了检偏角对测量结果的不确定度和系统调制效率的影响。最后，给出了系统空间维和光谱维的定标方法，利用系统原理样机进行了偏振测量实验。实验结果表明，系统偏振度测量误差小于0.060，斯托克斯参数Q、U、V的测量误差分别小于0.052、0.035、0.057，测量结果说明了理论分析的正确性。     

自相位调制和交叉相位调制共同作用下抽运探测波结构中的信号扰动研究

针对强度调制直接检测波分复用系统研究了抽运探测波结构中自相位调制和交叉相位调制共同作用下的光信号传输,给出了确定任意抽运信号下的探测波时域波形及强度调制率的理论解析方法,分析了信道间隔、传输速率对于交叉相位调制的影响,发现抽运波自相位调制的作用主要体现在使探测波时域强度调制率有所增大,解析结果和数值仿真能较好地吻合。     

相位、振幅调制两用声光调制器设计

针对实际应用中大多的光调制器只能实现单参数调制的情况,提出一种既可以调相又可以调幅的声光调制器的设计方案.运用矩阵级数解法求解正常声光相互作用Raman-Nath方程,通过计算机编程进行数值求解,得到衍射光的衍射光强和附加位相变化,从而指出以往解法的一些不合理性,并找到声波功率和衍射光的光强和位相的关系,为声光效应的位相调制和振幅调制设计提供了一种可行的方法.结合调制声波频率,可在同一个调制器上进行调幅、调相、调偏转方向.     

相干叠加脉冲锁模激光器调制特性的研究

本文在理论上发现了相干叠加脉冲锁模激光器的调制特性,并对其进行了全面的分析和计算.对于相干叠加脉冲锁模激光器的脉冲压缩及调制特性给予了详尽的数值计算结果和清晰的物理图象的解释,并提出利用相干叠加脉冲锁模激光器的调制特性产生更短脉冲的可能性.     

紫外光通信调制方式的对比研究

分析了启闭键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的编码结构,然后从带宽需求、平均发射功率、传输容量和差错性能等方面对各种调制方式进行了仿真对比。结果表明,DPIM调制比PPM具有更高的传输容量和更少的带宽需求,并且解调对同步要求较低,实现更简易,并结合紫外LED阵列将作为今后实用化紫外光源的发展趋势,DPIM调制在未来紫外光通信系统的应用中将具有更大的优势。     

差分浓度调制激光光谱技术

报道了在近红外波段的差分浓度调制激光光谱技术的研究工作,以N2^ 的浓度调制光谱为例,研究了浓度调制制激光光谱技术的特性。将浓度调制光谱与速度调制光谱相结合得到了速度调制光谱调制度与各因素的关系。同时展示的Ar激光发态的差分浓度调制光谱表明,差分浓度调制光谱技术在探测中性自由基分子和分子离子方面具有很大的应用潜力。     

一种可调制的连续光谱点光源

短弧氙灯是一种发光强度高,具有从紫外到红外的连续光谱的点光源。本文介绍交流供电的短弧氙灯光源,用两电极短弧氙灯实现三电极短弧氙灯性能的方法。给出了用一个系统满足各种不同发光强度、不同调制波形、不同调制频率的要求,以及在制造和使用过程中应注意的事项。     

基于串行最小频移键控的8进制调制的研究

提出了一种新型的基于串行结构的最小频移键控调制技术,产生了相位连续,频谱宽度窄,每码元时间有两次π/2相移,类似于传统最小频移键控调制信号,给出了该调制方案的理论推导,并将其应用于8进制的多维多阶调制系统中。理论和仿真分析了不同的8进制调制方案在频谱特性,残留色散容限,自相位调制容限的不同,还分析了其受到系统滤波带宽的影响。最后仿真实现了通过350km的色散完全补偿的光纤120Gb/s的数据传输。     

多量子阱半导体激光器的交叉增益调制波长转换特性

实验利用光注入多量子陆半导体激光器产生的载流子消耗和带间载流子吸收产生的交叉增益调制效,实现波长转换，转换光的光强变化幅度与偏置电流有关。通过调节偏置电流的大小，能使转换光与注入信号光在同向和反向间进行切换。     

塞曼调制磁旋转激光光谱方法

首次在可见光波段采用塞曼调制磁旋转激光光谱技术有效地将磁旋转信号（ｎ＋，－ｎ－）从激光本底以及高阶磁旋转信号中分离出来，因而有非常高的测量灵敏度与信噪比以及无吸收本底，同时又可以抑制高转动量子态的跃迁谱线，减少谱线重叠现象，非常适合许多自由基分子的测量。文中给出了这种光谱技术的理论分析，并以ＮＯ２分子作为检验对象，由理论模拟计算所得谱线的强度，线型和位相与实测结果符合较好，因此也可利用这种光谱方法