基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

二频机抖激光陀螺高精度低延时信号解调电路设计

在激光陀螺信号解调滤波过程中,工程上经常运用高阶FIR滤波电路来实现抖动信号剥除;这种方法虽然精度高但具有较高的延时,无法满足激光陀螺输出结果实时性的要求;为了解决这个问题,提出了一种基于FPGA的激光陀螺信号解调电路,利用自适应滤波原理对激光陀螺输出抖动信号进行自适应剥除,最后进行了相应精度及延迟测试;实验结果表明激光陀螺信号经过该系统自适应抖动剥除后效果较好,激光陀螺静态输出百秒方差仅为千分之三且系统延迟0.6 ms远低于常规5 ms延迟,满足了激光陀螺信号解调高精度低延时的要求。     

有限冲击响应滤波器在四频激光陀螺中的应用

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。     

四频差动激光陀螺稳频控制仿真

介绍了四频差动激光陀螺稳频的基本工作原理,在分析稳频电路各组成环节传递特性的基础上,给出了稳频控制系统的开环和闭环传递函数,并从满足相位裕度指标(45°)角度对控制系统各参数进行了优化,结果显示当开环总增益k取33时系统有较好的稳定性和较快的响应速度,满足四频差动激光陀螺稳频控制要求。     

基于亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器

消色差相位延迟器可以在较宽光谱范围内获得所需要的相位延迟量,是偏振光调制的核心元件之一。根据严格耦合波理论和遗传算法,提出了一种基于夹层式亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器的设计方法,并设计了一种在900~1200nm波长范围内实现消色差的相位延迟器,其相位延迟量在90°左右的最大偏差小于2.3%,且横电波和横磁波的衍射效率均高于90%。数值分析表明,所设计的消色差相位延迟器对槽深和入射角具有较大的工艺容差。该消色差相位延迟器设计简单,性能稳定,具有重要的应用价值。     

光学介质薄膜优化的宽带消色差λ/4相位延迟器

根据全反射相变理论设计了菲涅耳菱体型相位延迟器延迟量对入射角变化不敏感的结构角。根据薄膜的偏振效应,从薄膜的特征矩阵出发,通过在菱体的两个全反射面蒸镀光学介质膜的方法拓宽了菲涅耳菱体型相位延迟的消色差宽度。在ML_EB900型镀膜机上适当控制沉积条件制备了消色差相位延迟膜,实验测试结果表明:在530~700 nm的波长范围内,可以获得90°的相位延迟量,且最大偏差小于0.7°。     

自适应陷波器在机抖激光陀螺信号处理中的应用

首先利用极零点受限自适应陷波器对二频机械抖动激光陀螺输出信号利用预处理,然后再进行低通滤波器处理的方法,不仅有效地消除了抖动输出,而且减小了由FIR滤波器引起的时间延迟。     

激光器内腔频差对双折射外腔激光回馈系统输出影响的理论及实验研究

玻璃材料的内应力关系及所在系统的稳定性、安全性和可靠性,是精密加工领域的重要问题.基于双折射外腔激光回馈效应的应力测量技术以其先进新颖的测量原理受到普遍关注.传统理论普遍认为双折射回馈系统中激光器的输出相位仅由外腔相位延迟决定,而将测量误差归因于外腔镜的非线性运动.本文结合正交偏振激光原理和三镜腔等效模型,测量了激光器的内腔双折射引起的频差大小,进行了频率调谐回馈实验,并根据结论计算了内腔频差对外腔相位延迟测量结果的影响,发现激光器的输出相位由外腔相位延迟、内腔频差、外腔长度共同决定.本文总结了内腔和外腔各向异性共同作用下激光器正交偏振态的相位特性,补充了激光回馈的物理内容,对于应力-双折射、位移、距离等重要参量的精确测量,都具有重要指导意义.     

270°反射式相位延迟器的设计及温度特性研究

根据薄膜的偏振效应,运用TFCALC膜系设计软件,通过在菲涅耳菱体的2个全反射面蒸镀光学介质膜的方法设计了270°反射式相位延迟器.运用归一化测量方法得到出射光相位延迟量与温度的关系,发现出射光相位延迟量随温度的变化而发生扰动,扰动的出现影响了透射偏振光的质量.研究结果表明,透射光的相位延迟量与膜料的折射率、基底与膜料之间的应力以及膜料之间的应力等因素有关.     

异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频

为了解决光强差稳频系统易受光电元件参量影响的问题,设计了一套用于异面腔四频差动激光陀螺的小抖动稳频系统。采用高频放大和幅度检波电路检出四频差动激光陀螺顺时针(或逆时针)输出光束的拍频幅度,然后用模数转换器采集到数字信号处理器(DSP)内。四频差动激光陀螺正常工作时拍频幅度取极大值,因此可通过对腔长进行小抖动调制实现稳频。利用DSP设计了一套数字式稳频系统,1 s取样的稳频精度为2×10-9,更重要的是稳频点不受光电元件参量变化的影响。设计的小抖动稳频电路精度高、通用性好,对提高四频差动激光陀螺适应恶劣环境的能力有一定的价值。     

菱体型消色差相位延迟器延迟相位的方位效应

菱体型相位延迟器是高度消色差的λ/4相位延迟器.由于材料折射率色散的影响,在可见光范围内,仍存在2°的延迟偏差.为满足精确应用和测量的需求,从相位延迟的全反射相变理论出发,阐述了斜入射相位延迟原理,以菲涅耳菱体为例,分析了菱体型相位延迟器相位延迟随其入射角变化的规律性,结果表明:当光线非严格准直时,光的入射角对相位延迟量有明显的影响,延迟量不但对入射角变化敏感,而且还与入射光线的入射方位密切相关,呈不对称形式.当入射光的波长改变时,只需改变菱体延迟器的方位,让光线在菱体的前端面上斜入射,适当选取入射角,就可以补偿相位延迟的色散偏差,使同一菱体达到对不同波长都满足λ/4相位延迟.当角度调整精度Δi=±0.01°时,引入的延迟偏差不超过±0.009°,这一精度是其它石英波片或云母波片所不能比的.     

Polarization eigenmodes of a QHQ retarder — some new features

A detailed analysis of the polarization eigenmodes of a QHQ retarder (a half-wave plate sandwiched between two identical quarter-wave plates) is presented. These are shown to be discontinuous as a function of the orientation of the half-wave plate, as a function of the wavelength of incident light and as a function of the retardation of the middle waveplate.     

消色差λ/4波片的系统级标定方法研究

消色差/4波片具有一定的二向色性和相位延迟量误差,导致仪器偏振测量产生误差。从考虑全偏振CCD相机自身偏振效应的辐射模型入手,借助积分球辐射源和高精度辅助旋转偏振器,研究系统级非理想消色差/4波片的标定方法。结果发现:消色差/4波片的二向色性和相位延迟量参数随仪器的工作波长与带宽发生变化,波段650 nm（相位延迟量88.90）和750 nm（相位延迟量88.65）消色差效果相对较好,而波片在波段850 nm（相位延迟量84.33）相位量偏差较大;通过相位延迟量的标准误差分析,得出消色差/4波片的系统级标定方法精度优于0.8。     

高精度消色差相位延迟器性能测试研究

基于偏振调制原理，搭建了一套测量菱体型消色差相位延迟器延迟量的实验系统.利用本系统对高精度消色差相位延迟器进行了性能测试，实验结果表明特殊角入射的高精度消色差相位延迟器的设计原理正确，具有良好的消色差性能.对该系统进行误差分析表明系统测量误差小于1%，具有较高的精度，能够满足菱体型相位延迟器性能测试的使用要求，具有实际使用价值. 关键词： 偏振 消色差 延迟器 高精度     

高精度消色差相位延迟器的新设计

消色差相位延迟器是在某一宽度光谱范围内使用的光相位延迟器件。从相位延迟的全反射相变理论出发,对斜入射消色差相位延迟原理进行阐述,参考菲涅耳棱镜的具体设计形式,对引起相位延迟变化的参量进行分析,通过选择合适的材料新设计出了特殊角度入射的高精度相位延迟器,其理论曲线显示,在365~1150nm的光谱区域内延迟偏差小于0.4°,是常规相位延迟器在相同条件下的五分之一,是一种宽广谱范围内、负延迟偏差小、精度高的消色差相位延迟器。     

红外波片相位延迟的测试方法及精度分析

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40ο时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。     

液晶相位可变延迟器对光偏振态的调制

利用液晶相位可变延迟器（liquid crystal variable retarder, LCVR）的延迟相位随着其驱动电压连续可调特性，实现光偏振态的可控调制.设计了旋转检偏器，对LCVR进行820nm激光波长的现场校准，获得1/4λ、3/4λ和1/2λ、1λ相位延迟所对应的驱动电压，计算机控制其驱动电压实现对光偏振态的调制，并进行了检验，给出了理论分析和实验结果.该方法具有对光子入射方向不敏感、无需机械转动、适用较宽波长范围、实时可控等优点.     

基于最小二乘拟合的波片相位延迟测量

提出一种精密测量波片相位延迟的新方法.将待测波片置于起偏器和检偏器之间,通过步进电机控制波片匀速旋转,基于最小二乘法拟合出射光强随波片方位角变化的曲线,进而得到波片延迟.根据上述原理,建立了一套波片延迟测量系统,并分析了系统的稳定性、可测量的延迟范围、接收器件的非线性效应、系统误差源这4个影响测量精度的主要方面.结果表...     

可变可转单波片偏振控制器研究

基于PLZT波片的相对相位延迟量可变性和其折射率椭球主光轴的可转性，提出后反馈单个PLZT可变可转波片偏振控制器.采用模拟退火算法进行扰动寻优,仿真结果显示这种控制器是有效的：能将任意输入偏振态转换为稳定的线偏振光而其光强达到总光强的98%以上，在控制过程中相移能在限定范围内变化，避免了由复位重置可能引起的波动.