基于可调光延迟线的光子学微波频率测量

提出了一种基于可调光延迟线的光子学微波频率测量方法.经同一微波信号调制的两个不同波长光载波在经过一段可调色散介质传输后,解调输出两路具有不同相位的微波信号,得到的相干微波功率随着色散量的改变出现周期性变化,由此周期可得到输入微波频率值.采用由8个磁光开关和1.6 km单模光纤构成的7-bit光纤延迟线实现色散量的调节....     

碘吸收激光稳频中调制信号的理论计算

激光频率标准是将激光频率锁定于原子或分子的超精细能级间的跃迁频率,从而获得高精密度的激光频率输出。在激光稳频研究工作中,通常将碘分子的吸收谱线采用导数谱、FM光谱和调制转移光谱MTS(ModulationTransferSpectroscopy)进行频率的精密控制。为更好地消除吸收谱线的本底噪声,目前最好的稳频方案是采用调制转移光谱法。它具有高灵敏度、高分辨率和无多普勒背景等特点。从物理学的原理出发,分析了激光对介质的极化机理,导出介质对激光的吸收和色散作用的数学模型,用信号处理的技术从理论上推导了MTS谱线线型,分析了光谱线型的特性,讨论了提高激光频率稳定度的各种情况。     

激光频率调制线型分析

在激光频率调制的理论分析中,一般采用正弦波调制、正弦波解调,而没有讨论调制和解调的其它情况。本文主要分析了Guass线型吸收的情况下,锯齿波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果和三角波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果,以及调制深度对信号谱形和信号强度的影响。我们发现,在锯齿波调制、方波解调情况下,一次、二次谐波谱形和正弦波调制情况区别很大;但在三角波调制、方波解调情况下,可以获得和正弦波调制、正弦波解市场相似的结论。另外,不同的调制深度对输出的调制谱形也有重要的影响。我们还用甲烷的可调谐 红外光调制吸收光谱实验验证了理论分析结果。最终得到结论：频率调制谱的信号谱形及信号强度与调制波形、解调波形和调制深度均有关系。     

色散型光谱仪采样调制传递函数及对高斯型光谱谱线的影响

光电探测器参数的选择对色散型光谱仪性能具有重要影响,有必要对光谱仪中光电探测器的离散采样过程进行深入探讨.文章从频率域的角度出发,建立了采样模型,探讨了输入余弦信号的空间频率、光电探测器采样的像元宽度及像元的初始相位对采样结果的影响.引入取整函数,给出了统一的采样调制传递函数表达式,提出并计算了平均采样调制传递函数,消去了初始相位的影响,便于实际应用.对于色散型光谱仪光学系统产生的典型高斯型光谱谱线,将高斯谱线的傅里叶变换与平均采样调制传递函数相乘,得出了光谱仪整系统的调制传递函数表达式.在频率域分析了采样过程的平均混叠误差与空间频率的关系,研究了平均混叠误差极大值与高斯光谱谱线宽度的关系,并给出了要精确恢复谱线所需谱线宽度的阈值.该阈值对于光谱仪系统的光学参数选择有重要的参考意义.     

频率调制强吸收光谱中残余幅度调制的理论分析

由电光调制器(EOM)中双折射效应及线偏光不完全沿EOM调制方向诱发的残余幅度调制(RAM)使频率调制(FM)光谱技术在微量气体检测中的应用受到极大的限制。基于光场与晶体相互作用及光学干涉原理推导出存在RAM时FM光谱的线型表达式,确定出输入线偏光角度、EOM中双折射效应、FM系数等是影响线型的主要因素,且当入射EOM光的偏振角度偏离调制方向越大,双折射效应引起的特征偏振方向相位差越大,线型扭曲越严重;同时在FM色散光谱中存在一个受两者影响的直流偏置;最后给出通过伺服控制这两过程可以达到抑制RAM的目的。这些现象及线型的分析将为基于光纤器件的FM光谱提供必要的理论支持。     

基于色散器件的波束形成网络中的色散限制

利用强度—频率混合调制模型研究了基于色散器件的波束形成网络中色散导致的相位误差的变化规律.基于相位误差的分析,得到了0.5 ps延时精度下系统对最大色散值的限制,并指出存在最优的频率调制系数使系统色散容限最大;随着强度调制系数增大,频率调制系数的最优值也增大.     

载波频率漂移对相位生成载波解调结果的影响分析

从载波相位调制解调原理出发,理论分析了载波频率漂移对解调结果的影响.通过对解调公式的推导及分析,给出了频率漂移对解调结果影响的公式.结果表明,当混频基频信号的频率与载波频率存在微小频差时,解调结果将出现低频调制,严重影响解调效果;仿真及实验验证结果与理论分析完全吻合.     

正弦相位调制自混合干涉微位移测量精度分析

为了提高自混合干涉仪的位移测量精度,提出将正弦相位调制技术引入自混合干涉中。相位调制由置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体实现,相位解调由傅里叶分析的方法得到。对位移测量过程中各种可能的误差来源如电光晶体调制不稳定性、光在外腔中的二次反馈效应等对测量精度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了这种新的信号处理方法可以达到纳米级的测量精度。实验上,用高精度的商用压电陶瓷标定的结果验证了这种正弦相位调制自混合干涉仪在普通实验室噪声环境中可以达到纳米级的位移测量精度。     

基于受激布里渊散射的宽带宽和高精度的微波频率瞬时测量

提出了一种基于受激布里渊散射效应的瞬时频率测量方法.未知信号经过强度调制作为泵浦光,矢量网络分析仪产生的信号经过相位调制作为扫描信号光,当泵浦光和扫描信号光之间满足相位匹配条件时,受激布里渊散射效应发生并实现相位调制到强度调制的转换,未知信号的频率被测量.实验验证可以测量0.5 GHz-27 GHz的微波信号的频率,最大误差小于20 MHz.     

重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源的研究

提出了一种新型的基于光电振荡器的重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源. 光电振荡器系统可以产生超低相位噪声的微波信号; 被该信号调制的直调光经过两次相位调制之后, 使光脉冲的啁啾增强; 再通过一段色散补偿光纤, 光脉冲被进一步压窄. 实验中使用YIG可调滤波器, 可以得到8–12 GHz内步进为200 MHz的可调谐微波信号, 因此光脉冲的重复频率具有可调谐性. 当微波信号即脉冲重复频率为9.6 GHz时, 测得脉冲宽度为3.7 ps, 相位噪声为-130.1 dBc/Hz@10 kHz. 由此得出光脉冲的瞬时抖动为60.1 fs (100 Hz–1 MHz), 因此该方案产生的光窄脉冲源具有超低的抖动.     

16进制相移幅度调制光信号的传输性能研究

分析了光纤通信系统中十六进制差分相移幅度键控光信号的色散与非线性传输性能.依据该信号的调制和解调原理,理论上推导了背靠背系统中的最佳消光比值为1.43 dB.在此基础上,建立了40 Gbps的十六进制差分相移幅度键控光传输系统模型.仿真结果表明:该信号的谱宽仅为二进制幅度键控的四分之一|就抗色散和非线性传输性能表现而言,十六进制差分相移幅度键控光信号的相位支路均强于幅度支路.。     

改进式相位生成载波调制解调方法

在对调制方法、混频原理、调制深度取值等问题深入研究的基础上,为得到更高的抗干扰能力,结合相位生成载波调制解调技术与微分交叉相乘解调算法,引入除法运算,提出一种改进的相位生成载波解调算法,以抑制光强扰动对解调结果的影响,并与传统的微分交叉相乘解调算法在光源产生低频干扰时的解调效果对比,进行仿真实验.对比信号源分别为20 Hz与200 Hz时的解调效果,结果表明,在光源有1Hz低频扰动的情况下,在高频信号解调的结果中,改进的解调算法可以准确地实现对待测信号的解调,解调结果与传统方法相比具有更高的线性度.     

Broadening-independent demodulation for wavelength modulation spectroscopy based on even-order harmonics

The line broadening of gas absorption spectrum is a significant but unknown factor in traditional demodulation of wavelength modulation spectroscopy, which is a kind of tunable diode laser absorption spectroscopy in weak absorption cases. In this paper, another signal demodulation method based on some simple algebraic operations with the amplitudes of the zero-, second-, and fourth-order harmonics was proposed. With this method the effect of spectrum broadening could be selfeliminated. That makes the amplitude of the demodulated signal is irrelevant to the broadening, and enables the direct and fast measurement without complex simulations and curve fittings in traditional method.     

光外差-塞曼调制磁旋转光谱技术的线型研究

光外差－塞曼调制磁旋光谱技术是一种高灵敏的吸收光谱技术。它同时对激光频率和样品的塞曼效应进行调制,然后通过双解调来提取微弱的光谱信号。文内导出了该信号的数学表达式,并对影响线型和灵敏度的多种物理参数进行了分析,获得了与实验相符合的结果。     

连续和准连续调制激光吸收光谱的软件锁相解调比较研究

根据对激光器施加的调制信号是否连续,波长调制光谱分为连续和准连续调制激光吸收光谱技术。为了深入的比较研究这两种方案,设计准连续调制谱专用的软件锁相放大器,将准连续调制信号因间断产生的无效信号滤除后,再对吸收信号解调得到二次谐波信号。与连续激光调制谱软件解调的二次谐波信号进行了比较,结果表明,参数相同,准连续调制谱比连续调制谱的信噪比提高5%、检测限降低11.3%。在滤除无效信号后,准连续调制谱也可以解调出标准的二次谐波信号,因此有望用于与气体线型相关的研究中。该工作为选取更加适用的激光调制谱技术,提供了准确依据。     

解调带宽对船舶辐射噪声调制谱的影响

利用傅里叶分解原理建立了幅度调制的船舶辐射宽带噪声信号数学模型,导出了基于平方解调算法船舶辐射噪声调制谱数学表达式。通过理论分析和仿真计算得到了关于调制谱分析两个新的结论:(1)解调性能与解调处理带宽关系:在声呐接收的船舶辐射噪声各频带调制度相同时,解调性能正比于解调所采用的带通滤波带宽,解调所采用的带通滤波带宽越宽,解调谱信噪比越高;(2)宽带解调谱和子频带解调谱之间关系:船舶辐射噪声宽带解调谱可以近似认为各子频带解调谱之和。为了验证以上两点结论,对实际船舶辐射噪声解调谱进行了相应处理,结果与仿真计算吻合较好。      

电光晶体调谐的外腔反馈半导体激光器

报道一种用电光晶体实现快速调谐和凋制激光频率的方法.在Littrow型外腔反馈半导体激光中插入LiNbO3晶体,利用LiNbO3晶体的电光效应,通过改变晶体电压来调节激光器的有效腔长,可以对激光频率进行快速的调谐和调制.采用该方法,自制外腔反馈半导体激光器的调谐频率可达到2 kHz,它的调谐范围为350 MHz,激光频率调谐系数约为1.06 MHz/V,用饱和吸收光谱观测频率调谐的效果.快速激光频率调制可以应用在稳频技术上,将外腔反馈半导体激光器调制在5～100 kHz频率下,均获得了87Rb原子D2线的饱和吸收光谱的色散信号,并实现了激光频率在饱和吸收峰上的长期稳定.     

Compensating for frequency shifts in modulation transfer spectroscopy caused by residual amplitude modulation

Residual amplitude modulation (RAM) distorts saturated absorption signals, limiting the accuracy of optical frequency references based on modulation transfer spectroscopy (MTS). Described here are two independent means by which RAM is produced in these references: (1) by the modulator and (2) when the overlap of the optical fields in the saturable absorber is asymmetric. Methods to vary RAM generated by either mechanism will be outlined and these will be used to show how RAM arising from one effect can be cancelled by the other. A theoretical treatment of MTS signals in references containing RAM is given and used to evaluate the level of signal distortion allowing the conditions for RAM cancellation to be determined. This technique is applied to improve the frequency accuracy of a reference by an order of magnitude.