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。     

高动态范围声光接收机

介绍了一种高动态范围声光接收机，这种接收机具备实现宽带射频信号幅度，频率和相位的信道比探测能力，该接收机在０．６３２８μｍ激光器的工作条件下（１．０ｍＷ），声光布拉格盒在５０ｍＷ射频信号区动下，在１４０ＭＨｚ的中心频率上２０ＭＨdisplay status     

空间积分双反向通道反常声光相关器

介绍一种采用双反向通道ＴｅＯ２反常声光器件构成的空间积分声光相关器（ＳＩＡＯＣ）。使用直接探测法对矩形脉冲调制的模拟雷达信号进行了抗干扰实验，当矩形脉冲宽度为１０μｍ时，相关增益可达１６ｄＢ．     

声光偏转效应在相干光检测的应用

为使现代电子侦察技术能适应信号密集、宽频谱、大动态的电磁环境, 提出了一种基于声光偏转器实现相关光信号处理的方法, 分析了射频信号频率变化与布拉格衍射角的关系, 讨论了声光偏转效应对信号频率的空间滤波特性; 在理论分析的基础上, 构建了在可见光范围内实现声光偏转的相干光信号探测的实验系统, 并通过计算机仿真对比, 验证了这种方法的可行性。实验表明, 采用波长为630 nm的单频激光, 带宽为200 MHz的声光偏转器, 其频率分辨率优于1 MHz, 频率信号的空间分离效果明显, 接收灵敏度和信噪比得到改善。     

声光偏转效应载频测量的方法研究

针对现代载频测量对信号的实时捕获、频率带宽和分辨率的要求,提出了一种利用声光偏转效应的相干光信号处理方法。从理论上对声光效应的Bragg衍射机理和条件进行了描述,分析了随机载频信号捕获、带宽特性和频率分辨率与声光偏转的关系,给出了系统的构成原理和测试方法。通过实验测试和计算机仿真,证明了声光偏转技术能很好地解决并行随机载频信号和频率分辨率的问题,系统性能和信号的实时处理效果得到了明显的改善,带宽达到了300MHz,频率分辨率优于1MHz。这种方法对随机信号载频的跟踪和测量精度优势突出,可应用于雷达信号探测和光电对抗。     

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.     

基于布拉格声光衍射场的光强非均匀空间分布研究

为了保证合成孔径激光雷达测试中信号光的光束质量,从波动方程出发,推导出传统的衍射光源布拉格声光作用的耦合波方程。根据测试对光束质量的不同要求,借助有限差分方法分析衍射场光强的空间三维分布,发现声场振幅的不均匀分布会影响声光衍射场的光强分布,光强分布不均造成实验中信息光源的探测难度。通过光强空间分布研究增大有效通光孔径到3 mm,解决了声光调制器光束衍射质量问题,改进后的光束质量达到实验要求。该研究方法适用于改进声光器件工作参数。     

基于声光效应的相干探测光学降噪方法研究

研究声光效应光栅理论,分析动量匹配与衍射效率关系,探讨相干光平衡探测的噪声抑制机理,进行了系统设计和相关实验测试,验证基于声光效应的相干平衡探测系统光学降噪方法的技术实现。结果表明,相位确定的信号在进行声光互作用时能建立稳定光栅,其衍射效率将大于相位随机变化的噪声信号,通过平衡探测可有效抑制噪声起伏对系统输出的影响,进一步提高接收信噪比。     

结合小波分析法与导数光声光谱技术测量弱光谱信号的实验研究

结合导数光声光谱技术与小波分析方法,精确测量了光声光谱中的弱光谱信号.首先利用自己设计的仪器装置实现光声光谱的一阶导数,在此基础上,根据导数光声光谱的数据选择合理的分析小波,将光声光谱信号分解为不同频率信号的叠加,被分解的信号满足线性性质且原信号的峰值信息保持不变,由频率的差异可区分出光声信号和噪声信号,从而提取出光声光谱中的弱光谱信号.结合物理方法与软件方法的分析结果,准确地测量了氙灯的输出光声光谱中3个不明显的弱峰值,位置分别为699.7nm、753.4nm和776.5nm.该方法可以更准确地提取出光声光谱的峰值信息,有效地提高了光声光谱的测量精度,为光声光谱分析法在生物医学及化学分析中的应用提供了一种更精确的分析方法.     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。     

自适应光学系统的数值模拟：噪音和探测误差的效应

噪音和探测误差是影响自适应光学系统性能的三个主要因素之一。噪音和探测误差使哈特曼－夏克（Hartmann-Shack)波前传感器所测得的华斜量产生误差,进而影响整个自适应光学系统的性能,建立了对噪声和探测误差对哈特曼－夏克波前传感器的影响进行数值模拟的理论模型,编制了计算程序,与已有的激光大气传输与自适应光学系统的计算程序相衔接,进行了模拟计算,对有限的离散采样,读出噪音和光子噪音的效应作了数值模拟研究,获得了一些对于实际的自适应光学系统的最佳设计有价值的结果。     

Optical orthogonal frequency division multiplexed transmission using all‐optical discrete Fourier transform

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) can provide spectrally efficient communication channels because it can utilize carrier orthogonality and various impairment mitigation methods. An optical OFDM signal can be generated electronically to multiplex lower‐rate carriers. In recent advancements, OFDM signals are also shown to be generated and demultiplexed by all‐optical discrete Fourier transform (DFT), overcoming the speed limit of electronics for >Tbps capacity. High‐performance DFT devices, such as arrayed waveguide grating (AWG) or planar lightwave circuit (PLC), are critically required to obtain strong orthogonality for scalable all‐optical OFDM (AO‐OFDM) system implementations. Advanced techniques such as coherent modulation and detection with digital impairment mitigation are also important for long‐reach AO‐OFDM transmissions. More recently, optical superchannel schemes have been introduced utilizing coherent detection for multi‐Tbps AO‐OFDM transmissions. This paper reviews the device and system aspects for the AO‐OFDM technology, including a generalized theoretical model to provide an indepth understanding.     

利用相位差异技术校准非共光路静态像差

提出了一种用相位差异(PD)技术对自适应光学(AO)系统的非共光路静态像差进行校准的方法。相位差异技术通过采集焦面和离焦面的单帧或多帧短曝光图像来估算波前相位畸变,同时对目标图像进行恢复。在闭环工作条件下,自适应光学系统利用相位差异算法在线检测成像光路的静态像差,并将得到的像差系数转化为变形镜的初始化面形,从而补偿非共光路的静态像差。实验结果表明,校准后的成像质量显著提高,目标半峰全宽降低了约14%,系统残差降低了约72%。成像光路在线检测得到的系统残差与闭环回路实测残差的水平趋于一致,证实了相位差异技术应用于光学检测的能力。该方法具有在无需改变原有自适应光路以及高信噪比条件下便可精确解算系统像差的优点,是大口径光电成像系统较为理想的光学检测技术之一。     

吖啶橙与肝素钠相互作用的分光光度法研究

用分光光度法研究吖啶橙与肝素钠的结合反应,吖啶橙主要以静电作用的方式与肝素钠发生相互作用。在pH 2.0的Britton-Robinson(B-R)缓冲溶液中,吖啶橙在478和492 nm处有特征吸收峰,当加入肝素钠后,492 nm处的吸光度值强度降低且在453 nm处出现了一个新的吸收峰,说明两者之间发生了较强的相互作用形成了一种新的复合物,利用摩尔比法求解两者的结合比为1∶3。在最佳条件下,吸光度值的降低与肝素钠的浓度在3.0～15.0 mg·L-1范围内呈良好的线性关系,表观摩尔吸光系数ε=1.599×105 L·mol-1·cm-1,检测限(3σ)为0.236 mg·L-1。该方法简单、快速,应用于肝素钠注射液效价的测定,结果令人满意。     

High sensitivity adaptive optics control of laser beam based on interferometric phase-front detection

We present an upgrade of an adaptive optics (AO) system for the control of geometrical fluctuations in a laser beam, based on the interferometric detection of phase front. Acoustic isolation and suitable design of optical system make the present system very sensitive to laser beam geometrical fluctuations and can be an interesting step toward the active correction of the small perturbations of the input beam of gravitational wave interferometric detectors.     

An undercutting model of atomic oxygen for multilayer silica/alumina films fabricated by plasma immersion implantation and deposition on polyimide

Multilayer silica/alumina films were created by plasma immersion implantation and deposition to protect against atomic oxygen (AO) in low earth orbit environment. The AO erosion mechanism of polyimide under multilayer silica/alumina films has been investigated using a ground-based AO simulator and Monte Carlo model. The results demonstrate that protective films are detached and plumped due to AO undercutting, and the exterior silica film is partly detached proven by chemical composition depth profile and erosion patterns. The undercutting model involving collision, diffusion, reaction, gas releasing, and retroaction on films is proposed. Based on the model, scattered impingement has serious erosion, although AO does not directly attack interior polymer. AO erosion predictions at two neighborhood cracks are first studied by Monte Carlo model for various incidence angles of AO. The protective film between cracks hinders the escape of AO, and accelerates the erosion.     

On practical aspects of Laser Guide Stars

The Gemini Observatory has developed an extensive Adaptive Optics (AO) program, including Classical AO, Laser Guide Star (LGS) AO, Multi-Conjugate AO (MCAO), extreme AO (eXAO) and Ground Layer AO (GLAO). Most of these instruments use one or several LGSs. A laser has been in operation at Gemini since May 2005. Most of the laser related systems (beam transport, launch, safety systems) have been developed in house. These are major components, requiring a development effort not to be underestimated. In this article, we propose to share the Gemini experience in terms of practical issues and calibration requirements associated with the use of lasers in AO. To cite this article: F. Rigaut, C. d'Orgeville, C. R. Physique 6 (2005).     

基于深度学习的无波前探测自适应光学系统研究进展

近年来自适应光学（AO）系统向着小型化和低成本化趋势发展,无波前探测自适应光学（WFSless AO）系统由于结构简单、应用范围广,成为目前相关领域的研究热点。硬件环境确定后,系统控制算法决定了WFSless AO系统的校正效果和系统收敛速度。新兴的深度学习及人工神经网络为WFSless AO系统控制算法注入了新的活力,进一步推动了WFSless AO系统的理论发展与应用发展。在回顾前期WFSless AO系统控制算法的基础上,全面介绍了近年来卷积神经网络（CNN）、长短期记忆神经网络（LSTM）、深度强化学习在WFSless AO系统控制中的应用,并对WFSless AO系统中各种深度学习模型的特点进行了总结。概述了WFSless AO技术在天文观测、显微成像、眼底成像、激光通信等领域的应用。     

Combinational-deformable-mirror adaptive optics system for compensation of high-order modes of wavefront

A new kind of adaptive optics (AO) system, in which several low spatial frequency deformable mirrors(DMs) with optical conjugation relationship are combined to correct high-order aberrations, is proposed.The phase compensation principle and the control method of the combinational AO system are introduced.The numerical simulations for the AO system with two 60-element DMs are presented. The results indicate that the combinational DM in the AO system can correct different aberrations effectively as one single DM with more actuators, and there is no change of control method. This technique can be applied to a large telescope AO system to improve the spatial compensation capability for wavefront by using current DM.     

自适应光学系统的数值模拟：动态控制过程和频率响应特性

对自适应光学系统的动态控制过程进行了数值模拟。与自动控制理论的解析分析相比,动态控制过程的数值模拟有其优越性。系统的频率响应特性与动态控制性能密切相关,对自适应光学系统的频率响应特性也进行了数值模拟。模拟计算的结果与实验测量结果符合得很好。还实现了多频率成份的同时计算,可以大大提高计算效率。其结果与单频率结果只在低频下有小的差别,可以满足得到带宽和裕量等参数的实用要求。将频率响应特性的模拟计算与长时间曝光斯特列耳（Strehl)比的数值模拟结合,可得到对自适应光学系统性能的有效评估。