The application rule of simple symmetrical wave signal magneto-optical modulation in spatial azimuth measurement

The purpose of the study is to summarize the application rule of sine wave and other simple symmetrical wave signal magneto-optical modulation in azimuth measurement, and acquire the limit on modulation signal when establishing azimuth measurement model. Firstly, we analyze the principle of traditional azimuth measurement system based on sine wave signal magneto-optical modulation, and establish the error free measurement model based on trigonometric function, after that we present the measurement models based on mixed signal with tangent, cosine and sine function, respectively. Secondly, we discuss the application feasibility of rectangle wave, triangle wave and sawtooth wave signal magneto-optical modulation in azimuth measurement respectively, and establish the azimuth measurement models based on rectangle wave and triangle wave signal modulation respectively, and analyze the reason why the sawtooth wave signal modulation cannot be applied in the azimuth measurement. Finally, we summarize the four simple signal magneto-optical modulation and acquire the requirements on modulation signal when establishing the azimuth measurement model based on simple wave single magneto-optical modulation. The study has an important guiding significance on the application of simple symmetrical wave magneto-optical modulation in azimuth measurement.     

方波磁光调制测量在无机械连接的设备间方位传递中的应用

在航天、军事等领域往往需要传递无机械连接的设备之间的空间方位信息,而传统的方位测量系统测量范围小、测量精度低,难以满足系统高精度大范围传递的要求,为此改变传统方法中的调制方式,将方波磁光调制引入了方位测量系统,建立了基于方波磁光调制的方位测量模型。根据马吕斯定律,建立了方波磁光调制后的输出信号模型,并分析了调制后信号的特点。根据调制后信号的表达式与方位角的关系,推导、建立了调制后信号与方位角之间的关系方程,并利用调制后信号的增减性去除了方程的增根,结合调制前后信号的相位对比扩大了方位角的测量范围,最终得到了基于方波磁光调制的方位测量模型,实现了无机械连接的设备之间方位信息的传递。仿真结果表明,提出的基于方波调制的测量方法与传统方法比较,理论测量精度更高、测量范围更广,这为实现空间方位角高精度大范围测量提供了一种参考。     

电光调制晶体半波电压倍频测量方法的讨论

在电光调制晶体的半波电压倍频法测量中,基于晶体电光效应分析了不同偏压下输出信号与调制信号之间的线性与倍频关系,并利用计算机模拟分析了调制信号的调制幅度对倍频信号的影响,分析结果表明倍频信号受高阶谐波分量的干扰产生波形畸变,不利于晶体半波电压的倍频法测量。提出利用李萨如图形的对称性来确定电光调制的倍频位置,克服了调制幅度波形畸变问题的干扰。通过对半波电压不同测量方法的实验测量和对比分析,说明该方法可操作性好,测量精确度也比直接观察倍频信号输出波形要高。     

基于矩形波信号的磁光调制偏振测量方法

建立并研究了基于矩形波磁光调制的检偏方法.运用计算机模拟,对矩形波磁光调制的利萨如图形进行了详细考察,研究了其检偏原理,并对其检偏精度进行了分析.研究表明.矩形波磁光调制的利萨如图形由几个离散点组成,通过观察离散点彼此之间是否重合,就可以判断检偏器是否处于消光位置.从而达到检偏的目的.同时,若用电子仪器监测输出信号是否为直流,即可以实现自动检偏.与基于正弦波磁光调制的倍频法相比,矩形波磁光调制方法的检偏精度有了明显提高,并且也容易实现自动测量.     

基于正弦波磁光调制的方位失调角精确测量方法

针对传统基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统存在测量精度不高的问题,提出了一种新的系统方位失调角测量模型以提高系统测量精度。通过分析传统的基于正弦波磁光调制的方位失调角测量原理发现,由于采用省略高阶项的贝塞尔函数展开式表示磁光调制后的信号,引入了信号截断误差和方法误差,影响了系统测量精度。在分析基础上推导建立了一种基于纯三角函数表示的无理论误差的方位失调角测量新模型并进行了仿真。仿真结果表明,利用推导建立的失调角测量新模型,系统测量精度明显高于传统方法,这对重新理解基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统原理、提高系统测量精度具有一定的参考意义。     

一种无机械连接的方位测量同步系统

介绍了一种基于偏振和磁致旋光原理的方位测量同步系统,该系统可用于实现两台无机械连接的仪器间高精度方位失调角测量或方位同步,工作距离可达3～10m,工作范围达±90°,同步标准偏差小于3角秒,响应时间最大为40s.另外,对该系统的实际环境适应性也作了简要分析.     

贝赛尔函数展开对空间方位失调角测量误差的影响

调制偏振光可以作为空间方位信息的载体,实现方位角度信息的测量,在军事、航天、生物医药等领域有广泛的应用前景。文章阐述了基于磁光调制偏振光的方位失调角测量原理,针对原理中贝赛尔函数展开带来的失调角测量误差,详细推导了截取不同项数时失调角的计算公式。仿真结果表明:随着贝赛尔函数展开式截取项数的增加,失调角的测量误差越来越小;截取二倍频信号与三倍频信号的测量误差相当,但符号相反;截取项数高于四倍频信号后,误差基本保持不变。因此利用磁光调制偏振光进行方位失调角测量时,贝赛尔函数展开式截取项数不易超过四倍频信号。     

基于磁光调制偏振光的空间方位失调角高精度测量新方法

调制偏振光可以作为方位信息的载体,实现方位角度信息的传递,在军事、航天和生物医药等领域有广泛的应用前景.阐述了基于磁光调制偏振光的方位失调角测量原理,分析了现有测量原理中的误差来源.为了从理论方法上提高测量精度,提出了直接计算的方法,将磁光调制后的光强信号直接进行取极值点处理,建立了失调角与极值点之间的方程,详细分析了...     

基于双音外差的电光相位调制器半波电压自校准测量方法

电光相位调制器是光纤通信系统、微波光子系统和相干光通信系统中的关键器件之一. 作为器件本征参数, 电光相位调制器的半波电压通常利用光谱方法和电谱方法进行测量. 光谱方法受到光源线宽和光谱仪分辨率限制, 测量的分辨率较低; 电谱方法则需要光电检测之前将相位调制转换成强度调制, 电谱方法的主要困难在于需要对探测器的不平坦响应进行额外校准. 提出了利用双音外差实现电光相位调制器半波电压自校准测量新方法, 该方法利用双音电光相位调制的边带与移频光载波的外差拍频, 对外差拍频信号进行频谱分析, 获得电光相位调制器的半波电压; 通过设定双音调制信号的频率关系, 克服了探测器光电转换中的不平坦频率响应, 实现了自校准测量. 该方法可扩展探测器和频谱仪的测试频率两倍以上, 节省至少一半的带宽需求. 与光谱测量方法相比, 该方法测试分辨率大幅提高且避免了光源线宽的影响; 与传统电域测量方法相比, 该方法无须额外校准, 无驱动功率和工作波长限制, 且对测试仪器带宽需求降低一半以上. 实验证实了所提方法获得的电光相位调制器半波电压的测量结果与光谱分析法获得的结果一致, 且大幅度地提高了测量范围和分辨率. 该方法提供了非常简单的电光相位调制器微波特性化分析方法, 对其他光电子器件分析也提供了参考.     

无机械连接方位角测量系统中磁光调制的温度适应性研究

在无机械连接的方位角测量系统的研制中,通过对磁光材料的特性及磁旋光温漂的成因分析,采用直接读出解调和方位随动测角的方法,有效的降低了由Verdet常数变化引起的磁旋光漂移导致的方位失调角变化.使得系统可以在无需补偿和预热的情况下实时测量,方位测角精度3δ小于5″.     

快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究

快速空间测角系统需要在一定的平移范围内均能实现测量功能,这就要求光束在接收单元具有一定的覆盖面积.受器件尺寸所限,选择对入射光束进行扩束,然而非正入射光经过系统会产生偏振态变化,存在偏振像差,引起测量误差.本文通过采用偏振光线追迹的方法,结合电磁场的边界条件,对快速空间测角系统中一定方位及入射角范围内的光束通过偏振棱镜后出射光束的偏振态变化与分布进行了理论研究及仿真分析;并通过搭建实验平台,利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化.根据实验值与仿真结果的对比分析,得出在方位角为0o时,测量误差较小,在方位角为90o时,测量误差最大,且随平移距离(即入射角)的增大,测角误差增大.验证了偏振像差的存在对系统测角带来的影响及理论分析的正确性,并提出了改进措施.所得研o究结果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义.     

Measurement of modulation index and half-wave voltage of an electro-optical phase modulator with a dispersion-based phase filter

In this paper, a novel method based on the use of an optical phase filter is proposed to evaluate the modulation index, as well as the half-wave voltage of an optical phase modulator. When a phase modulated signal propagates along the length of a dispersive fiber, the fiber dispersion acts as an optical phase filter and spectrally alters the relative phasing of the phase modulated signal, causing the phase modulation to become intensity modulation, which allows the swept frequency measurement of phase modulators by using a vector network analyzer. The modulation index and half-wave voltage as a function of the modulation frequency are experimentally measured for a commercial phase modulator, which agree well with the results obtained using the widely accepted optical spectrum analysis method. The proposed method requires only a length of dispersive fiber and works without any small-signal approximation, which is applicable for different driving levels and operating wavelengths with the same setup.     

基于双调制的反伪装目标探测系统研究

为了实现对被伪装网覆盖的被测目标进行有效探测,提高目标识别系统的反伪装能力,设计了基于电光和磁光双调制的目标识别系统。系统由起偏器、电光调制电路、磁光调制电路、检偏器、光电探测器等组成。推导了基于电光调制与磁光调制组合形成的调制函数,并在矢量分析的基础上,计算了电光调制参数δ与磁光调制参数θ对回波光强函数的影响。实验以边长1 m的正方形钢板为测试目标,与两种常用伪装网配合在不同背景环境中进行反伪装目标探测。对不同偏振角条件下的回波光强响应电压进行了测试与分析。结果显示,目标与伪装网均存在明显的响应峰值,但由于目标位置及角度不同峰峰值位置有所不同,而背景不存在较强的响应值。故在整个磁光调制周期内,可以获得响应电压极值信号,从而识别伪装目标。对不同波长条件下的回波光强响应电压进行测试可知,光源波长的改变对回波峰峰值与背景噪声具有一定的影响,从而可以通过适当的调节光源波长实现提高目标图像信噪比的目的。总之,该系统在目标有伪装网覆盖的条件下仍能较好地区分目标及背景,具有很好地反伪能力。     

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。     

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.     

电光调制中半波电压测量方法的研究

半波电压是表征电光调制时电压对相位差影响大小的一个非常重要的物理量.以铌酸锂(LiNbO3)晶体的横向电光调制为例,具体分析了半波电压的物理意义,讨论了输出光强与外加电压的关系,介绍了3种测量方法(光通信模拟法、极值测量法、倍频调制法)的测量原理和操作过程,对3种方法的测量结果进行对比讨论,并且提出了两种改进线性调制的方法.最后介绍了电光开关的一种应用.     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

利用原始光强信号实现空间方位失调角高精度传递新方法

现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递方法存在精度不高的问题,提出了一种利用原始光强信号中极值点信息实现方位失调角高精度传递的新方法。建立了基于任意位置光强信号求解初始光强的模型,推导了大角度范围内粗略失调角的计算公式并给出了实现方案,提出了在小角度范围内比现有方法近似精度更高的获取失调角信息的方法。仿真结果以及误差分析表明：利用该方法得出的方位失调角传递误差远远小于现有方法,为实现空间方位失调角高精度传递提供了一种参考。     

Research on Theoretical Model of Linear Frequency Modulation Interferometry

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ(ＬＦＭ)ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙｂａｓｅｄｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｕｎｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ,ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅ[1].ＡＬＤｐｕｍｐｅｄｍｉｃｒｏｃｈｉｐｓｏｌｉｄｌａｓｅｒｄｅｖｅｌｏｐｅｄ…     

Research on Theoretical Model of Linear Frequency Modulation Interferometry

In this paper, the principle of linear frequency-modulation (LFM) with an external microcavity laser is analyzed mathematically and a method to establish the math model of LFM heterodyne interference is presented. The expression of LFM heterodyne interference is deduced by an illustration of a triangular frequency modulation. At present, one application of the LFM technique is non-guide absolute distance measurement. Experimental results of a system for absolute distance measurement based on a microchip solid laser and LFM technique are given. Based on the precisely theoretical model some effective approaches to improve the performance of LFM and decrease the measuring error are discussed.