红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题,基于激光检测技术和CCD探测技术,提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构,着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨,通过建立系统的数学模型,解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证,结果表明系统的摆角测量范围为0~±12°,分辨力为0.01°,动静态测量精度优于±0.04°。     

288×4长波线阵红外探测器的测试

第二代热成像技术的长波红外以HgCdTe288×4扫描型焦平面阵列（FPA）为主。相对凝视系统而言，该扫描型FPA空间截止频率更高、视场更宽。针对该线阵FPA在搜索、观瞄等领域的广泛应用，设计测试方案对探测器进行测试。实验结果与探测器出厂报告基本吻合，成功实现了对288×4长波线阵红外探测器的性能检测。     

基于空间光调制器的光束大角度扫描技术研究

为实现一束激光在90°锥形范围内的扫描，利用液晶空间光调制器在光束偏转控制时精度高、无机械惯性等优点，研究并建立了基于液晶空间光调制器的光束偏转和角放大光路系统。提出了空间光调制器的可编程相位调制算法和角放大光路结构，推导了空间光调制器光束偏转角度与相位灰度驱动图的关系，设计了角度放大倍率高于22倍的角放大光路系统。在此基础上，建立了光束扫描控制实验系统，对该装置角度出射范围进行了测量，将实际的角放大倍率与设计值进行对比。实验结果表明:研制系统的出射视场角可达91.22°，并可通过畸变校正实现出射视场角范围内的规则形状扫描。该研究在光束敏捷控制、无线激光通信、目标搜索与追踪等领域具有重要的研究价值和应用前景。     

基于双弹光差频调制的中红外波片相位延迟高精度测量

提出了一种基于双弹光差频调制的中红外相位延迟精确测量方法。通过两个硒化锌型弹光调制器(PEM)的差频降低系统调制频率,产生载有被测相位延迟的低频调制信号,调制后的1倍差频幅值和2倍差频幅值相除可求得被测波片的相位延迟。该方法可有效抑制光强波动及PEM相位延迟波动对测量的影响,提高测量精度。对测量原理进行了理论推导,设计了硒化锌型PEM和实验系统。实验结果表明,相位延迟测量误差不大于0.004%,灵敏度可达5×10~(-4) rad。     

基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法

提出了一种基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法,利用米勒矩阵对其进行了理论推导和误差分析。测量光路包括激光器、起偏器、光弹调制器、被测波片、检偏器和光电探测器,利用探测信号的归一化基频分量和二次谐波分量精确计算出被测波片的相位延迟量。该方法能测量紫外到红外光谱范围内任意相位延迟量的波片,误差分析表明其误差小于0.05°。实验验证了该测量方法的有效性,波片相位延迟量的重复测量精度为0.0048°。     

扫描成像跟踪激光雷达

设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。     

基于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正方法

分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。     

实现宽视场高精度测量的复合光电系统

本文提出一种复合光电系统测量方法,即用两组光电系统,其一为宽视场系统,但其测量精度较低;其二为高精度系统,但其视场较小。采用２套计算机系统将二者联系起来,运用数据结合技术,从而实现宽视场、高精度测量。这种系统适用于单目标或一簇目标测量。     

基于电吸收调制激光器的双功能微波光子系统

提出了一种基于电吸收调制激光器的双功能系统,可以同时实现微波信号的产生和其相位噪声的测量。该系统由基于电吸收调制激光器的光电振荡器模块和基于光延时线技术的相位噪声测量模块构成。通过使用单个电吸收调制激光器代替激光源和强度调制器,所提出的双功能系统不仅成本低廉、结构简单,而且性能表现优异;有利于在基于OEO的射频系统,特别是信号产生系统的研制、优化与工作过程中,及时评估信号源的质量并作出相应的参数调整以优化其性能,为光电振荡器的相位噪声测试提供了简单的解决方案。实验结果表明,由光电振荡器生成的9.952 GHz信号的边模抑制比为66dB,相位噪声为-116.53dBc/Hz@10kHz。此外,相位噪声测量系统的相位噪声基底达-133.71 dBc/Hz@10 kHz,其测量灵敏度优于商用信号分析仪R&S FSV40。     

可见光/红外双视场全景式航空侦查相机光学系统设计

为提高航空侦查识别目标能力以及满足部队全天候作战需要,设计了一种应用于全景航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统。可见光光学系统焦距为165 mm/660 mm,相对孔径为1:8.8,视场角为9.1°×6.8°/2.3°×1.7°;红外光学系统焦距为75 mm/300 mm,相对孔径为1:4,视场角为8.3°×6.2°/2.1°×1.6°。采用有限焦距光学系统前面加一个望远系统的方法实现变倍,根据红外器件及可见光器件的像元尺寸计算出红外系统及可见光系统的奈奎斯特频率分别为33 lp/mm和91 lp/mm。在33 lp/mm处,红外光学系统大、小视场的MTF值分别为为0.35和0.37,在91 lp/mm处,可见光光学系统大、小视场MTF值分别为0.41和0.4,成像质量接近衍射极限,表明光学系统成像质量良好,满足实际工程使用要求。     

长波红外无线激光通信脉冲宽度调制实验研究

为实现长波红外无线激光通信,建立了基于脉宽调制的长波红外无线激光通信系统模型,对系统性能进行了分析,给出了系统误码率的计算公式.搭建了实验系统,对CO_2激光器的平均输出光功率随占空比的变化情况进行了分析,对不同占空比条件下接收端对应的激光平均脉冲宽度以及脉冲宽度受噪声影响的随机变化情况进行了分析,得到了激光输出平均光功率、平均脉冲宽度与占空比之间的关系,以及脉宽的分布规律,并将实验结果与理论分析结果进行了对比,在此基础上得到了脉宽最佳判决门限和系统各类工作参数同误码率之间的关系.结果表明,基于CO_2激光器的脉冲宽度调制能够实现长波红外无线激光通信.     

应用电光调制干涉系统对甲烷气体浓度监测的研究

对甲烷气体浓度的监测应用领域很多,而目前绝大多数采用的是化学反应方法,存在安全性低、稳定性差等缺点,而采用光学干涉法定性定量分析稳定性高、抗干扰能力强。设计了电光调制的干涉系统进一步提高其探测精度。在干涉系统中,利用可变折射率晶体LiNbO₃的电光调制特性,对晶体折射率进行调制,增大静态光程扫描范围,提高光谱分辨率。系统对晶体两侧分别加载相位相反的调制信号,使其在不改变干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导折射率调制度与光程差的函数关系,仿真计算可知比同尺寸干涉系统光谱分辨率提高了近一个数量级。实验采用SGT-3型声光调制器,1 650 nm红外激光器对不同浓度的甲烷气体进行检测,实验结果显示,此方法比传统的热释电法精度好、稳定性高,更适合在矿井等复杂环境下应用。     

窄脉冲相干激光雷达偏频锁定系统仿真研究

鉴于偏频锁定技术在激光外差探测和激光雷达等方面的广泛作用,基于可编程逻辑器件,设计了适用于窄脉冲激光外差信号的偏频锁定控制系统。在设计中,使用超高速电压比较器进行波形变换、多脉冲鉴频和大概率均值滤波进行数字鉴频,采用小步长快速控制方法进行调频,利用数模转换器和线性放大电路输出调频信号。借助信号发生器产生40ns脉宽的模拟外差信号对系统进行了仿真,实现了设计功能。对系统进行鉴频和调频测试,在40ns脉宽时鉴频误差范围为-7.5MHz～+7.7MHz。     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

Two alternative approaches to electro-optical detection of terahertz pulses

The electro-optical detection of terahertz radiation is analyzed theoretically. While a conventional detection scheme of this type is based on the measurement of the phase shift of an optical pulse arising from its interaction with the terahertz field in a nonlinear medium, it is shown that both the phase and amplitude of the optical pulse vary because of this interaction. The amplitude modulation carries information on the dynamics of the amplitude and phase of the terahertz field and can be used to measure these parameters. With this energy-sensitive detection scheme, avoiding all restrictions on the symmetry type of the nonlinear medium is much simpler than with the phase scheme. Variants of the electro-optical detection technique using periodically poled crystals with the lithium-niobate symmetry and crystals with the zincblende structure are considered. It is shown that spectral sensitivities of the methods based on measurements of the phase and amplitude modulations are related as the frequencies of the laser and terahertz fields.     

基于调制偏振光的空间正交方位信息传递系统

介绍了一种基于调制偏振光的空间正交方位信息传递系统。系统利用调制和解调传递一个正交方位,用电光晶体对偏振光进行调制,电光晶体的感生主轴方向构成发射部分的基准方位。接收部分利用Wollaston棱镜和光电转换器进行解调,由感生主轴构成的基准方位和Wollaston棱镜的两正交光轴之间的夹角信息反映了正交方位传递的精确性。     

Laser pulse spectral shaping based on electro-optic modulation

A new spectrum shaping method, based on electro-optic modulation, to alleviate gain narrowing in chirped pulse amplification （CPA） system, is described and numerically simulated. Near-Fourier transform-limited seed laser pulse is chirped linearly through optical stretcher. Then the chirped laser pulse is coupled into integrated waveguide electro-optic modulator driven by an aperture-coupled-stripline （ACSL） electricalwaveform generator, and the pulse shape and amplitude are shaped in time domain. Because of the direct relationship between frequency interval and time interval of the linearly chirped pulse, the laser pulse spectrum is shaped correspondingly. Spectrum-shaping examples are modeled numerically to determine the spectral resolution of this technique. The phase error introduced in this method is also discussed.     

Femtosecond pulse-shape modulation at nanosecond rates

We report high-rate, computer-controlled femtosecond pulse shaping by use of an electro-optical gallium arsenide optical phased-array modulator with 2304 controlled waveguides. It provides fast modulation speed of both spectral phases and amplitudes. Limited by the driving electronics of our current setup, we were able to update a pulse shape in approximately 30 ns. This technique paves the way toward individual shaping of every single pulse of typical femtosecond mode-locked oscillators.     

高精度基准平面建立方法分析

基准平面的确立,是进行表面参数评定的基础;建立理想的基准平面,在几何量形位公差检测及相关工程测量方面具有重要作用.为了建立高精度的激光扫描基准平面,对扫描平面形成过程中光束的传播进行了详细分析;根据光学矢量反射定律,推导出了扫描误差的理论公式;在此基础上揭示了误差补偿的基本原理,导出了用于补偿扫描机构产生的扫描误差的理论公式;提出了据此准则进行设计的扫描机构的模型.分析表明,用激光及其扫描装置建立光学基准面时,扫描误差是不可避免的,这种误差不加补偿,则最终将引入基准光学平面影响基准精度,进而降低参数的评定精度;借助于所推导的误差补偿公式,是可以补偿这种误差的,这对于建立高精度的扫描基准平面具有理论指导意义.