激光多普勒测量中信号的误差分析

激光多普勒测量技术在流体以及固体表面测量中得到了广泛的运用。由于影响测量的误差源较多 ,因而在实际的测量过程中 ,激光多普勒测量的精度并不是非常的高。影响测量精度的误差主要是激光多普勒频率增宽 ,高斯光束的干涉以及安装误差。通过控制不同的系统参数 ,可以消除或减小相应的误差     

双向剪切干涉法测量高斯光束远场发散角

对双向剪切干涉理论和高斯光束传输特性进行了研究.提出了一种测量高斯光束远场发散角的方法：利用双向剪切干涉仪分别在激光传输路径上两个特定位置测出波前曲率半径,然后由曲率半径得出发散角.通过理论推导建立了相应的检测模型,并对模型进行了实验验证.实验测量和误差分析表明该方法的测量准确度能达到10″;发散角测量准确度的主要影响因素为干涉条纹宽度测量误差.     

自适应滤波技术在激光多普勒测速仪中的应用

激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出一种新的信号处理方法,将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中,利用多普勒信号和噪声信号的统计特性,以最小均方误差估计为准则,最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理,在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真,并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明,该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

频移分离型三维激光多普勒测速仪研究

研究一种采用频移分离方法的新型三维激光多普勒测速仪（３ＤＬＤＶ）。该仪器以单色Ｈｅ－Ｎｅ激光器和单只光电探测器并配合简单的光学发射和接收系统即实现了三维速度分量的同时测量。三个分量的速度信号由声光调制器引入的三种光学频移区分，通过电子滤波器完成信号的相互分离。在光学发射系统设计中采用独特的单轴四光束结构，通过光束组合形成三双光束差动模式的激光多普勒测速仪光。本文中还给出了该仪器的系统设计参数并分析     

激光多普勒测速精度分析

激光多普勒测速（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）以其高精度、使用方便而在速度测试领域得到广泛的应用。人们也因此而忽视了对影响其测试精度的因素进行系统的分析。为此,本文主要对影响激光多普勒测速精度的因素作了具体分析。主要分析了有限渡越时间、测控体中的示踪粒子、光电探测器、激光束定位等因素,并提出了在具体实验时的注意事项。     

Janus配置的激光多普勒测速仪的陆用组合导航（英文）

为了抑制车辆颠簸、倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,设计了基于Janus配置的分光再利用结构激光多普勒测速仪,该测速仪由两个激光多普勒测速仪子系统镜像安装而成,可补偿倾角变化对速度测量的影响,因此对倾角变化不敏感.车载实验结果表明该测速仪的测速相对误差为0.3%,在55.6km的行程中组合导航的最大位置误差为5.8m.该结构激光多普勒测速仪能够抑制车辆颠簸、倾角变化对速度测量的影响,提高组合导航定位精度,更适合陆用组合导航.     

级联三能级系统中五阶极化拍频的理论研究

本文从理论上系统地研究了由于五阶极化强度间的干涉所导致的级联三能级系统相位共轭超快调制光谱学。 它对激光绝对频率的测量可达到与激光线宽同一量级的精度。 无论泵浦光束为窄带线宽或宽带线宽,它对能级差测量的总体精度仅仅取决于光学跃迁的均匀增宽,而与激光线宽和多普勒增宽无关。     

离焦写入线宽的动态高斯模型

为提高集成光学器件中的多线宽制作效率,提出了基于激光直接写入技术的离焦加工模式,即加工时激光束的聚焦点不落在胶层表面而是在其前方或后方;同时还建立了基于多个加工参量的线宽数学模型。此线宽模型首先假定激光束经物镜变换后,在像方任意离焦面上的能量仍保持高斯分布,其次还考虑了光束动态扫描引起的光斑线度对曝光能量分布的影响,故称其为动态高斯模型。此线宽模型涉及光功率、基片离焦量、光束扫描速度、胶层曝光能量阈值等加工参量。对线宽模型的验证在自行研发的极坐标型激光图形发生器上进行,实验表明:相对于不考虑光斑运动的静态高斯模型,动态高斯模型更为符合实验结果。     

阿秒极化拍的V型三能级对称二阶相干理论

基于两单光子过程的相位共轭二阶极化干涉，从理论上研究了V型三能级系统在阿秒量级的对称和频极化拍频（SFPB），考虑了抽运光束为窄带线宽或宽带线宽的情形，发现测得的信号对任意带宽的马可夫随机光场的统计特征非常敏感，其在测量偶极禁界跃迁两激发态之间的能级和时并不受激光线宽的限制，仅取决于光学跃迁均匀增宽，而且可以得到消除多普勒增宽的测量精度.在窄带情形下，场关联对SFPB信号影响很弱.在宽带情形下，SFPB信号表现出共振 非共振交叉关联.SFPB作为一种阿秒超快调制过程，从理论上说它可以扩展到任何和频能级系统. 关键词： 阿秒 和频 极化拍 二阶相干     

光学仪器

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜TH742.652006021689高斯光束荧光共焦显微镜的三维光学传递函数=Opticaltransfer function of a fluorescent confocal microscope withextended Gaussian source[刊,中]/杨初平(华南农业大学理学院.广东,广州(510642))∥激光技术.—2005,29(5).—552-554研究高斯光源的束斑半径、光源孔径和探测器孔径对荧光共焦显微镜3-D OTF的影响,获得了具有有限光源孔径、探测器孔径和束斑半径的荧光共焦显微镜的三维光学传递函数(3-D OTF)。数值计算结果表明,束斑半径影响到光源孔径和探测器孔径的选择,与采用平行光…     

Optical aperture area determination for accurate illuminance and luminous efficacy measurements of LED lamps

The measurement uncertainty of illuminance and, consequently, luminous flux and luminous efficacy of LED lamps can be reduced with a recently introduced method based on the predictable quantum efficient detector (PQED). One of the most critical factors affecting the measurement uncertainty with the PQED method is the determination of the aperture area. This paper describes an upgrade to an optical method for direct determination of aperture area where superposition of equally spaced Gaussian laser beams is used to form a uniform irradiance distribution. In practice, this is accomplished by scanning the aperture in front of an intensity-stabilized laser beam. In the upgraded method, the aperture is attached to the PQED and the whole package is transversely scanned relative to the laser beam. This has the benefit of having identical geometry in the laser scanning of the aperture area and in the actual photometric measurement. Further, the aperture and detector assembly does not have to be dismantled for the aperture calibration. However, due to small acceptance angle of the PQED, differences between the diffraction effects of an overfilling plane wave and of a combination of Gaussian laser beams at the circular aperture need to be taken into account. A numerical calculation method for studying these effects is discussed in this paper. The calculation utilizes the Rayleigh–Sommerfeld diffraction integral, which is applied to the geometry of the PQED and the aperture. Calculation results for various aperture diameters and two different aperture-to-detector distances are presented.     

载体振动对差动激光多普勒测速仪的影响

 为了减小载体振动对传统差动激光多普勒测速仪(LDV)测速精度的影响,提出了Janus配置的差动LDV,并对其速度测量的相对误差进行了理论分析与数值仿真。结果表明：Janus配置技术可以近似反演出载体上下振动时的俯仰角,并对速度进行补偿;载体上下振动对传统差动LDV的测量精度有较大影响,而对Janus配置的差动LDV的影响较小;在Janus配置的差动LDV中,当存在俯仰角且大小一定时,随着载体上下起伏速度与运行速度比值增大,速度测量的相对误差增大;当载体上下起伏速度与运行速度的比值为0.01,俯仰角小于10°时,Janus配置的差动LDV的速度测量的相对误差小于0.2%。     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

 实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下，跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下，对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路，在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得上行链路余量最大；对于下行链路，在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合，得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

采用大口径投影光学系统监测远场散斑特征参数

大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作,可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理,能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估;在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下,该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明,系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言,可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

探测器阵列法测量激光远场光斑能量密度算法研究

针对靶场试验装备布局很难做到激光器与阵列面垂直的实际情况,分析了激光探测器阵列系统处理激光光斑能量密度算法的不足。根据激光束照射靶面的倾斜角,研究了激光束与每个探测器形成夹角的计算方法,并推导出了具体的余弦角计算公式,对激光光斑每一点的能量密度进行了相应的修正计算,通过试验应用,验证了该算法在激光远场光斑测量中能够有效提高光斑能量密度的处理精度。     

强场自电离光电子谱中峰开关效应的破坏

研究了激光场的空间非均匀性、探测器接收角(或孔径光阑)的大小对强场自电离光电子谱的影响,结果表明,上述因素对光电子谱有显著影响,当探测器接收角(或孔径光阑)较小时,光电子谱出现峰开关效应;而当接收角(或孔径光阑)较大时,峰开关效应则被完全破坏。     

油中悬浮粒子激光多普勒测速瞬时速度的分析

二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时,根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况,对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进,提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法,利用该方法,对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明:改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好,能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势,提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率,有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹,为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。     

探测器点阵法测量激光光斑参数的仿真

 仿真分析了用均匀分布的探测器点阵测量激光光斑方法中，探测器灵敏度的线性工作动态范围，灵敏度的一致性差异，点阵间距等参数和光斑质心位置的测量误差，光束总能量的测量误差，以及光斑的分布等。仿真结果表明，当探测器灵敏度的一致性差异小于10％，线性工作范围的动态范围大于30dB，点阵间距小于光斑直径的1/5时，光束总能量的误差小于6％，光斑质心位置的测量误差小于光斑直径的2％，拟合的光斑分布和实际光斑分布比较接近。