基于双声光移频器的外差式激光多普勒测振计

分析了单声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计中声光移频器驱动信号的频率稳定性和信号功率对待测振动信号的影响.为了降低声光移频器驱动信号频率漂移的影响,提出双声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计,并基于直接数字频率合成技术,以相位噪音低、初始相位可控的芯片AD9912为核心器件,完成了声光移频器驱动信号生成及处理模块的设计.开展了双声光移频器组成的外差式激光多普勒测振计的振动测量实验,结果表明,驱动信号生成装置可以驱动声光移频器正常工作,且测振计的本底噪音在0~10kHz频带范围内呈现平坦分布,0~1kHz频段内噪音得到明显抑制,较单声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计有显著改善.     

基于双声光移频器的外差式激光多普勒测振计

分析了单声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计中声光移频器驱动信号的频率稳定性和信号功率对待测振动信号的影响.为了降低声光移频器驱动信号频率漂移的影响,提出双声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计,并基于直接数字频率合成技术,以相位噪音低、初始相位可控的芯片AD9912为核心器件,完成了声光移频器驱动信号生成及处理模块的设计.开展了双声光移频器组成的外差式激光多普勒测振计的振动测量实验,结果表明,驱动信号生成装置可以驱动声光移频器正常工作,且测振计的本底噪音在0～10kHz频带范围内呈现平坦分布,0～1kHz频段内噪音得到明显抑制,较单声光移频器构成的外差式激光多普勒测振计有显著改善.     

基于声光移频的激光侦测正交解调方法

针对激光侦测信号调制与传输特点,提出一种基于多普勒移频的激光侦测系统,研究声光多普勒移频效应理论,探讨相干光平衡探测与正交解调原理,从数值仿真和频域分析了系统抗噪性能及载频失配对信号恢复的影响,给出基于声光移频效应的相干平衡激光侦测的技术实现方法.实验结果表明,基于相干平衡探测与正交解调的激光侦测系统可有效抑制基底及过剩强度噪声对系统输出的影响,进一步提高接收信噪比,实现声波振动对界面产生微扰的非接触信号检测,为实际应用提供一种有效的技术途径.     

声光偏转快调谐脉冲CO_2激光器实验研究

采用双声光调制器光路快速偏转技术与自准直光栅法实现CO_2激光全波段快调谐同光路输出。首先对声光调制器特性进行实验研究,结果显示:声光调制器偏转角度约为4. 4°,与运用布拉格方程计算结果相符;且激光单次通过声光调制器移频量为40. 68 MHz,与声光驱动器射频频率一致,将激光往返多次经声光调制器的移频量叠加。进而,开展基于声光调制器的CO_2激光快调谐实验研究,运用两个对称布置的同驱动频率声光调制器补偿声光移频,实现偏转光路振荡输出,运用光栅法在直线光路中实现激光全波段可调谐输出。最终,在声光调制器时序控制下,实现双波长激光快调谐同光路输出,选定激光波长的切换时间约为1 ms,脉宽小于300 ns,且双波长切换速度不受CO_2激光跃迁谱带的限制。     

采用声光频移器反馈控制实现激光强度稳定

本文基于声光频移器,采用光电反馈方式实现了激光强度的稳定控制。根据声光频移器的布拉格衍射对激光强度的调节作用,以光电反馈得到的反馈电信号控制驱动声光频移器的射频功率大小,进而对声光频移器的输出激光强度进行稳定,激光在47 kHz以下的低频噪声实现最大抑制比为15 dB。实验结果基本满足了所要求的激光稳定度。此外还分析了整个回路的响应特性,测试了除反馈电路之外其他部分的相移特性。     

100 km光纤远端复现超窄线宽激光（英文）

介绍了一种在光纤远端复现超窄线宽激光的方法.将两段50km的光纤线路通过中继站级联在一起.用锁相跟踪法将中继站中的激光器频率锁定在50km光纤远端传输光信号上,跟踪精度达到3.5×10~(-19).为了保持高光谱纯度,两个光纤噪声补偿模块独立工作,用于补偿每段50km光纤引入的相位噪声.这种级联方案能够确保噪声补偿具有较大的动态范围.经补偿后,100km光纤引入的频率不稳定度达到5.9×10~(-17)(1s平均时间),10 000s后达到6.8×10~(-19).实现了在100km光纤远端复现超窄线宽激光,附加线宽低至1mHz.     

激光外差探测超声位移的原理、方法和实验

本文介绍了激光外差探测超声位移的原理，用布喇格声光衍射盒作为激光移频，锁相环作调相信号解调等方法组成的外差干涉探测装置和实验结果，并分析了空间准直性对激光外差干涉信噪比的影响以及减小探测极限和抑制噪声的途径。     

光谱组束半导体激光阵列的多谱线频率变换

通过对半导体激光阵列进行光谱组束,使阵列中各个发光单元的光束重叠,同时锁定在不同的波长上;将组束后的光束进行频率变换,组束的各个光束同时满足非线性频率变换中的和频条件,产生和频的蓝光输出。光谱组束半导体激光阵列增加了参与非线性频率变换半导体激光发光单元的个数,有利于提高整体频率变换的输出功率。实验采用标准的半导体激光阵列,组束后连续输出功率为18.2 W,非线性频率变换产生的蓝光的输出功率为93mW,光-光转换效率约为0.51%。实验证明了光谱组束半导体激光阵列多谱线频率变换的可行性。     

上行链路大气波前畸变对剪切光束成像技术的影响

剪切光束成像（sheared-beam imaging,SBI）技术是一种利用三束剪切相干激光照明的非传统成像技术,该技术通过探测器阵列接收目标反射回波的散斑图进行计算成像,在对远距离暗弱目标高分辨率成像方面有着独特的优势.大气湍流引起的光束波前畸变是影响SBI成像质量的一个关键因素,因此本文从湍流引起的激光波前畸变对目标频谱信息提取的影响入手,建立了光束波前畸变对成像影响的理论模型.利用多层相位屏模型模拟了近地25 km大气对SBI光束传输的影响.通过计算机仿真,得到了不同激光发射孔径和不同成像距离时SBI的成像结果.仿真结果表明,选取合适的发射孔径尺寸可以有效缓解湍流对光束波前质量的影响,从而提升成像质量.在Hutchin的研究基础上,对孔径选择范围的已有研究成果进行了扩展与深化.给出了SBI系统发射孔径尺寸选取的建议,为SBI对不同高度目标成像的像质差异分析提供了参考.     

用于Rb原子冷却系统的半导体激光放大(TPA)装置

报道了我们最近研制的780 13m半导体激光放大装置.激光放大管采用Eagleyard公司生产的(EYP-TPA-0780-01000)半导体锥形放大器,当输入的种子源激光功率为25 mW时,放大器输出的激光功率达600mW左右,该光束经过透镜整形,声光调制器频移,然后耦合到单模保偏光纤后,输出功率达110 mW.该激光放大装置可很好的用于高密度冷原子的俘获.     

Multi-frequency AOM for multi-beam laser scanning exposure system

Digital printing systems recorded on films or computer to plates (CTPs) have been required to improve their productivity and image quality. Under the circumstance, a printing technology of the multi-beam laser scanning for the drum capstan system, which is almost the same as optics configuration as the flat bed system, was developed using a newly developed multi-frequency acousto–optic modulator (AOM) as a key device instead of ultra-fast scanning devices toward a main scan direction. The multi-frequency AOM was developed with phased array-type transducers, achieving a wider bandwidth of over 160 MHz. The design consisted of a simultaneous three beams generation with interlace scan to avoid the beat effect by adjacent Doppler-shifted beams, which consequently attained the fastest recording speed of 5.0 mm/s compared with 2.0–3.0 mm/s of existing systems in those days. Furthermore, a couple of critical parameters of the multi-frequency AOM are studied, for example, a treatment of third-order intermodulation and also beat effect in connection with photosensitive media. As a result, the necessity of interlaces scanning to obtain good image quality without beat effect and also to allow a lower laser power to apply is proposed.     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.     

一种耐静压分布反馈式光纤激光水听器探头设计

大深度工作环境下，静水压会引起分布反馈式光纤激光水听器反射中心波长漂出解调系统的复用窗口，使水听器无法解调目标声压信号；不同的静水压也会引起分布反馈式光纤激光水听器灵敏度的变化，影响光纤激光水听器阵列的一致性。基于电力声类比理论，提出带静压补偿的分布反馈式光纤激光水听器探头，建立结构的声压传递函数，分析各结构参数对传递函数的影响，为分布反馈式光纤激光水听器探头频率响应平坦化设计提供理论依据。加工制作了耐静压分布反馈式光纤激光水听器样品进行测试，在0 kHz～10 kHz频率范围内声压灵敏度波动范围不大于±2.4 dB，2.3 MPa内出射激光中心波长漂移量不大于0.06 nm，对深水光纤激光水听器的研究具有指导意义。     

Numerical investigation of multi-beam laser heterodyne measurement with ultra-precision for linear expansion coefficient of metal based on oscillating mirror modulation

This paper proposes a novel method of multi-beam laser heterodyne measurement for metal linear expansion coefficient. Based on the Doppler effect and heterodyne technology, the information is loaded of length variation to the frequency difference of the multi-beam laser heterodyne signal by the frequency modulation of the oscillating mirror, this method can obtain many values of length variation caused by temperature variation after the multi-beam laser heterodyne signal demodulation simultaneously. Processing these values by weighted-average, it can obtain length variation accurately, and eventually obtain the value of linear expansion coefficient of metal by the calculation. This novel method is used to simulate measurement for linear expansion coefficient of metal rod under different temperatures by MATLAB, the obtained result shows that the relative measurement error of this method is just 0.4%.     

A method of measuring micro-impulse with torsion pendulum based on multi-beam laser heterodyne

In this paper, we propose a novel method of multi-beam laser heterodyne measurement for micro-impulse. The measurement of the micro-impulse, which is converted into the measurement of the small tuning angle of the torsion pendulum, is realized by considering the interaction between pulse laser and working medium. Based on Doppler effect and heterodyne technology, the information regarding the small tuning angle is loaded to the frequency difference of the multi-beam laser heterodyne signal by the frequency modulation of the oscillating mirror, thereby obtaining many values of the small tuning angle after the multi-beam laser heterodyne signal demodulation simultaneously. Processing these values by weighted-average, the small tuning angle can be obtained accurately and the value of the micro-impulse can eventually be calculated. Using Polyvinylchlorid+2%C as a working medium, this novel method is used to simulate the value of the micro-impulse by MATLAB which is generated by considering the interaction between the pulse laser and the working medium, the obtained result shows that the relative error of this method is just 0.5%.     

多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量

提出了一种正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量的新方法,将激光与工质靶作用产生的微冲量转化为扭摆的转动角度测量,基于激光外差技术和多普勒效应,把待测转角信息加载到外差信号的频率差中,经信号解调后可以得到待测转角值,通过多次测量取平均值的方法可以提高待测转角的测量精度,从而提高微冲量的测量精度。利用这种新方法,以PVC+2%C为工质靶,利用MATLAB仿真测量了激光与工质靶作用产生的微冲量,结果表明:该测量的最大相对误差小于0.8%。     

采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术

为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统。对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究。首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法。接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析。最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响。实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围。在采样频率为125 k Hz、信号频率为1 k Hz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 d B和90 d B。用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求。     

相干场成像四光束相位闭合算法研究

依据相干场成像相位闭合实现原理, 在T型多光束发射阵列下推导出一种新的四光束相位闭合算法.定义了基于四重积的闭合比率求解公式, 推导出在消除大气随机相位误差的同时能抑制光强闪烁对成像质量的影响.数值模拟结果证明其有效性, 为多光束相干场成像系统消除大气扰动误差提供了新的途径.     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

Dual-polarization fiber grating laser-based laser Doppler velocimeter

A dual-frequency laser Doppler velocimeter implemented by a dual-polarization fiber grating laser is proposed,with the two laser frequencies produced by the two orthogonally polarized laser outputs of the fiber grating laser.The reflected laser outputs from a moving target experience the Doppler frequency shift,which is shown to be linearly related to the velocity and the beat note frequency difference between the laser outputs and the reflected light. With a digital frequency demodulation scheme,a high sensitivity of 0.64 MHz/(m/s) and a velocity resolution of less than 0.5% of the velocity for velocity measurement are demonstrated,which shows that the proposed laser Doppler velocimeter is capable of measurement of wide range of velocity.