微弱光信号检测电路的实现

为将微弱光信号有效地转换为电信号以方便后级电路处理,设计了微弱光信号检测电路。电路由光电转换和前置放大两部分组成。光电转换电路采用低输入偏置电流运算放大器AD 549实现;前置放大电路使用对称三极管组成的对数比率放大电路实现,并在同等条件下与集成电路LOG 100组成的前置放大电路相比较。实际测量表明,该放大电路设计可有效放大低于1 nW的微弱输入信号,同时对噪声也有很强的抑制作用,而由LOG 100组成的电路对噪声的抑制能力明显衰减。     

无线激光通信音频传输实验

设计了无线激光通信音频传输实验系统.在发射端采用对90 MHz载波信号调频方式调制放大信号后,再对半导体激光器进行强度调制;在接收端光信号由光电探测器转换为电信号,电信号经中频放大器、变频器和鉴频器解调出原始信号,原始信号再经功率放大器放大后由示波器接收.测量了实验系统音频传输的幅频特性、动态特性和延迟特性.实验结果表明:由于采用二次调制,系统抗干扰能力强,接收灵敏.     

单弹光调制傅里叶偏振光谱测量研究

提出一种基于弹光调制器（photoelastic-modulator, PEM)的复色光偏振光谱的傅里叶测量方法,被测光经过0(-45)弹光调制器调制,通过45(0)检偏器并由探测器探测调制后形成干涉信号,对干涉信号进行傅里叶变换,由所得结果实部和虚部得到被测光Stokes矢量中的S1、S2和S3的光谱。该方法降低了偏振光光程测量的复杂度,给出理论推导过程,并结合仿真结果与理论结果对比,证实了该方法复原后的偏振光谱与原始光谱可很好地吻合。     

单弹光调制傅里叶偏振光谱测量研究

提出一种基于弹光调制器(photoelastic-modulator, PEM)的复色光偏振光谱的傅里叶测量方法,被测光经过0°(-45°)弹光调制器调制,通过45°(0°)检偏器并由探测器探测调制后形成干涉信号,对干涉信号进行傅里叶变换,由所得结果实部和虚部得到被测光Stokes矢量中的S1、S2和S3的光谱。该方法降低了偏振光光程测量的复杂度,给出理论推导过程,并结合仿真结果与理论结果对比,证实了该方法复原后的偏振光谱与原始光谱可很好地吻合。     

弹光调制傅里叶变换光谱技术研究

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率,提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构,该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜,并让入射光线以约10°的倾斜角入射,使得被测光束在晶体内部产生多次反射,增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型,并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统,并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验,实验所得干涉条纹清晰、稳定,结果表明,所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13 cm-1,且该方案使得光线在晶体内部产生反射,降低了光能损失,保证了系统性噪比。最后的光谱反演结果表明,所设计光谱系统的技术可行,为后续的样机研制以及光谱、辐射标定等工作奠定了基础。     

傅里叶变换光谱分析系统及其测试

构建了一套改进的光的时间相干性以及傅里叶光谱分析实验系统,该系统利用光机电以及计算机软件编程技术,实时采集以He-Ne激光器、钠光灯和白炽灯为代表的各种光源在迈克耳孙干涉仪上产生的干涉条纹信号,将得到的光信号经光电倍增管转换为电信号进入电路系统,经滤波、A/D转换后,再输送到计算机进行傅里叶变换以及频谱分析.实验结果证实了该系统的有效性和实用性.     

大光程差PEM-FTS的快速光谱重建

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、非线性变化,每秒可产生上万张干涉图。为了实现高速等时间采样干涉信号的快速光谱反演,对大光程差弹光调制干涉信号的特性、加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)进行研究。加速非均匀快速傅里叶变换算法是基于卷积核函数插值的快速傅里叶变换算法,此算法的核函数类型、参数τ、延伸影响因子q、过采样率μ等参数的选择对算法准确度以及复杂度有影响。在分析这些参数对算法影响的基础上,在μ=2,q=10,τ=1×10-6时,将加速的NUFFT算法应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中,重建了632.8 nm的激光和氙灯光谱,复原的632.8 nm激光光谱的频率偏差小于0.013 52,插值时间小于0.267 s。实验表明加速的NUFFT算法有较快的运行速度和小的频率偏差,能快速准确地重建大光程差PEM-FTS的光谱。     

双弹光拍频调制型Fourier-Bessel变换成像光谱技术研究

针对现有弹光调制器(photoelastic-modulator, PEM)的调制频率高(几十kHz以上),调制干涉信号频率更高,普通阵列探测器无法有效采集,提出了一种基于双弹光调制器拍频调制和傅里叶-贝塞尔(Fourier-Bessel)变换的光谱测量方法,并结合CCD成像技术构成新型双弹光调制成像光谱技术(dual-photoelastic-modulator-based imaging spectrometer, Dual-PEM-IS)。该方法将双弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率上,以对光进行拍频调制,并产生载有被测光的低频调制分量(比驱动频率小2～3个数量级,普通CCD可实现探测),通过对调制信号中的低频成分进行Fourier-Bessel变换可得到目标光谱,使得弹光调制兼具了成像和光谱测量能力。介绍了其原理并推导出光谱反演公式,并通过仿真和实验验证其可行性,分析了光程差的微小偏差对反演光谱造成的影响,为进一步工程化实现提供了必要的理论基础。     

一种基于反馈环的全光纤干涉型传声器

设计了一种基于光纤反馈环的全光纤干涉型传声器，它直接利用声压作用于光纤时产生的光弹效应对光相位进行调制，并通过3×3耦合器构建的反馈环结构形成干涉效应，从而使得输出光信号经光电转换和放大后可以直接驱动扬声器还原出原输入语音信号。我们从理论和实验上对这种全光纤传声器进行了研究，在该传声器的重要参数测量方面均取得了较好的效果。     

10m×10m大靶面激光立靶设计

针对10m×10m大靶面、高精度立靶坐标测量的要求,提出了一种激光阵列式光电立靶坐标测量系统,该立靶采用半导体激光平行光管形成平行光光源,高灵敏度光电二极管及相应信号放大、转换电路组成接收阵列,光源和接收器件相距10m,当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时,分别在X和Y方向上挡住了投射在某一个或几个光电二极管上的光线,该光电二极管对应的信号放大、转换电路将二极管产生的微弱电信号放大、整形,最后输出脉冲信号,后续信号编码识别电路将判断出被挡住光线的光电二极管的编号,进而得出弹丸穿越该光幕的X坐标和Y坐标。经实弹试验证明,系统具有测量靶面大,精度高的优点。     

准平行光干涉的滤波型多抖动相控方法研究

正提出了一种准平行光干涉的滤波型多抖动相控方案,对该方案的相干光强进行了理论分析,在此基础上提出了滤波型多抖动法的相控原理,进行了滤波型多抖动法的相控数值分析和模拟实验.结果表明:该方法可识别出各路光波的相位差,反馈与相位差信号成比例的直流电压去控制相位调制器,可实现相位差的校正,相位控制电压输出范围为0.03—4.45 V,控制带宽为2.5 kHz.     

基于光谱技术的植物叶绿素浓度无损检测仪器的研制

开发了一种便携式植物叶绿素无损检测仪器,该仪器可实现对叶绿素浓度的实时、快速、无损检测。仪器主要包括4个部分：叶片夹具,光源驱动电路,光电检测及信号调理电路和微控制系统。提出了一种电流可调节的光源恒流驱动电路方案,在实现恒流驱动的同时还可以对驱动电流进行程控。同时提出了一种一体化叶片夹具设计方案,不仅简化了仪器的光学结构,而且提高了仪器稳定性。在仪器的标定实验中,用SPAD-502叶绿素测量仪测定的叶片叶绿素含量SPAD值作为标准值,建立了多元线性标定模型,对仪器的性能进行了评价,叶绿素预测值与标准值的相关系数为0.97,预测均方根误差为1.3 SPAD,仪器重复性的均方根误差为0.1 SPAD。标定实验结果表明,该仪器测量精度高、性能稳定。     

一种基于ＰＩＮ型光电二极管频率响应的测试方法

根据信号系统相关理论,提出了一种针对该类光电探测器频率响应的测试方法。该方法实现的测试系统主要包括窄带脉冲激光光源、光强衰减装置和光电探测器等。由光电探测器接收经过光强衰减后的窄带激光脉冲信号,同时利用数字示波器获得相应信号波形的上升时间;根据相关的计算公式,得到光电探测器的频率响应;对所得测试结果进行误差分析。实验结果表明:对理论频率响应带宽为１０．６ ＭＨｚ的探测器,利用该方法测得的相对误差为６％左右, 该测试方法简单、可行,适用范围广。     

基于光相干外差检测的布里渊散射DOFS的研究

对布里渊散射分布式光纤传感器(DOFS)检测原理进行了分析, 针对布里渊散射光信号的特点, 应用光相干和外差技术来检测布里渊散射光信号. 具体采用微波电光调制产生频率可调的参考光, 和布里渊散射光进行相干检测, 根据布里渊频移特性取出布里渊散射光信号, 从而得到分布式传感信号. 分别实现了25 km光纤的分布式温度和应变传感, 达到3℃的温度分辨率、100 με的应变分辨率和10 m的空间分辨率.     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

热释电红外探测器在安全防护系统中的应用研究

利用人体发出的红外线,通过热释电红外传感器的接收和放大,形成具有一定电压幅度的控制信号,用这一控制信号去触发语音录放电路工作,就可制成具有自动控制功能的热释电红外探测语音录放系统。电路采用最新热释电红外探测模块与语音录放模块设计,当有人出现在热释电红外探测模块的探测范围时,热释电红外传感器首先将接收到的红外辐射能转换成电能信号,再经内部电路放大、比较处理后输出控制信号,触发语音录放模块工作,播放事先录制好的语音内容,提醒人们注意。该系统电路简洁、成本低、抗干扰能力强、耐低温、免调试、工作稳定和使用方便。适宜于安装在变电所、高压开关柜和电力变压器等危及人身安全的处所使用。     

对数积分放大器在弱光检测中的研究与应用

为解决微弱光信号检测中信号动态范围宽、噪声大等难点,利用对数积分放大原理设计了微弱光信号检测电路。并利用2种不同特性的硅光电二极管（PN和PIN）作为光电转换器件验证电路的性能。实际结果表明:在入射光功率特性上,2种光电二极管电路输出相似,对信号具有压缩作用。在入射光频率特性上,f20 Hz时PN型电路输出幅值是PIN型的1.2倍以上;f40 Hz时PN型电路输出幅值变化约90%,PIN型电路输出更稳定,最大变化约50%。在光谱测量上,2种光电二极管测得的光谱与实际光谱相比变化趋势相同,峰值波长一致。     

一种基于两块PEM调制器的光谱测量方法

弹光调制干涉信号范围为百赫兹到数十吉赫兹之间,而由于探测器阵列无法对该等级频率实现有效响应,因此,该情况使弹光调制器在光谱成像工作中受到限制。为了解决该问题,发展了一种使用两块具有相近谐振频率的PEM,并基于该频率差进行光信号调制的方法。该方法将两个弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率f₁和f₂上,被测光通过双弹光调制器实现差频调制,因此干涉信号中产生载有被测光的低频调制分量,低频调制频率是以δ_i(σ,t)=δ_0i(σ)sin(ω_it)为基频的一系列倍频信号,该低频调制信号使用普通探测器即可实现探测,再将直流和高频信号滤波后,仅对调制信号后的低频成分进行对应的运算即可得到被测光谱。由于该频率差比所使用PEM的谐振频率低2至3个数量级,因此,该方法可使探测器获得更多的响应时间,而且由于该方法并不需要所使用的两块PEM具有严格一致的谐振频率和相同的光程差,降低了系统本身的设计难度。