用于眼轴长度测量的弱光信号检测系统设计

在眼内入射光安全的前提下,由于眼轴长度测量时角膜表面与视网膜色素上皮层2个反射面的反射率相差较大,反射的光信号强度属于微弱信号范畴。为了能够去除噪声,快速提取该信号的峰值用于眼轴长度起止点计算,采用PIN光电二极管接收微弱光信号并配合I-V转换电路、自动增益控制电路及后级处理电路搭建了一套弱光信号检测系统。实验采用ZIESS模拟眼进行测试,结果表明设计的检测系统最小能探测到0.77 nW左右的微弱光信号,最大光电转换能力可达4.5×108 V/W,信噪比达到9 dB以上,测得眼轴长度结果与实际值最大存在0.05%的误差。系统具有低噪声、高增益、大动态范围等优点,为实现眼轴长度精准测量提供了一种有效方案。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

相关检测技术在单脉冲激光测距中的应用

采用雪崩光电二极管探测微弱激光脉冲回波信号,依据相关检测技术对微弱的激光回波进行处理,从而获得较高信噪比回波信号.首先通过软件仿真验证了该实验方法的可行性,并在实验中采用消光比测量法对激光测距机测距能力进行了测试,将信噪比为-2.1 dB原始信号经过相关检测后提升至10 dB,消光比从原始激光测距模式的30 dB提升至44 dB.实验结果表明采用相关检测方法可以提高激光测距机测距能力及精准度,具有一定实用价值.     

高信噪比随机光电振荡器

提出和研究了一种高信噪比（SNR）随机光电振荡器（ROEO）。该ROEO由随机光纤激光器与光电振荡器两部分组成,得益于随机光纤激光器中瑞利散射（RS）提供的随机分布反馈,实现了宽带随机微波信号的产生。通过在随机光纤激光器中加入另一个波分复用器（WDM）,去除残余的拉曼泵浦光,提高了随机微波信号的信噪比。控制信号光的偏振态,抑制了随机腔中的受激布里渊散射（SBS）效应。实验中,获得了带宽为DC～30 GHz(DC代表直流0 Hz,表达的含义是从0 Hz到30 GHz)的随机微波信号。在DC～10 GHz范围内的信噪比约为40 dB,并且腔内的受激布里渊散射与随机微波信号的功率差达到约19.64 dB。高信噪比宽带随机微波信号在随机比特生成、雷达、安全通信等领域有重要的应用前景。     

基于R-C耦合跨阻设计的1 kHz～200 MHz宽带平衡零拍探测器

通过分析平衡零拍探测器的噪声来源，采用电阻-电容（R-C）耦合跨阻电路方案并优化跨阻放大电路结构，实现了一种低噪声、高共模抑制比的宽带平衡零拍探测器，工作带宽为1 kHz～200 MHz。当光功率为8 mW的1550 nm激光入射时：在5 kHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高12 dB，共模抑制比达到70 dB；在100 MHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高20 dB，共模抑制比达到66 dB。该探测器可以为低频引力波探测、高速连续变量量子密钥分发和高速量子随机数发生器等应用提供高性能的探测工具。     

高频共振预探测多脉冲激光测距方法

在无合作目标激光测距中,提出了一种高频共振预探测和多脉冲相关处理对远目标距离进行高精度测量的技术方案.脉冲回波光电流信号经高频共振预探测电路进行放大滤波处理并转换为包含高精度定时特征点的高信噪比的双极性衰减振荡脉冲信号;之后利用多脉冲相关处理构造出的新脉冲函数进一步改善其信噪比.理论计算结果表明:最小可探测光脉冲电流仅为17 nA,与直接探测脉冲方法相比信噪比可提高60倍;在回波光电流脉冲峰值1:10000的动态范围内,走离误差小于0.1 ps.根据此原理研制出了脉冲激光测距仪,仪器在激光发射平均功率约为1 mW时,无合作目标测程大于2000 m,在1.5—300 m范围内测距精度达到±(3 mm+2 ppm),远目标测距精度为±(10 mm+10 ppm).该测距仪系统已用于全站仪产品中.     

分布式光纤温度传感器APD最佳倍增因子的分析

本文分析了分布式光纤温度传感器中光电接收用雪崩光电二极管倍增因子对接收信号的信噪比的影响，给出依据使传感系统光电接收电路输出信号信噪比最大这一最佳意义下ＡＰＤ雪崩因子的表达式，并对此结果进行了分析。     

调Q二极管泵浦固体激光器激光脉冲高频噪声的检测

为了研究调Q二极管泵浦固体激光器（DPL）激光脉冲输出的稳定性,利用电路网孔法对传统硅光电二极管探测电路进行了分析,发现传统的探测电路无法检测到激光脉冲中多纵模所引起的高频噪声信号(在腔长小于10cm的短谐振腔中其频率通常为1～2GHz)。根据分析结果,改良了硅光电二极管探测电路,利用高速采样示波器采集到了调Q DPL激光脉冲中(1～2)GHz的高频噪声信号。     

基于悬臂梁调谐技术的光纤光栅无源振动监测

采用匹配光纤光栅设计了一种结构简单的振动信号无源监测装置.该装置利用悬臂梁调谐技术能够将微小振动信号转化为光电探测器可探测的光强信号,利用示波器实现实时监测.实验中对振幅为3mm的简谐振动信号进行了监测,测量结果与振动频率一致,可测量7～20Hz的振动,信噪比不低于14.9dB.监测频率受限是因为悬臂梁的性质,如采用金属材料或者采用齿轮组对转子进行减速,该装置可探测更高的频率.     

随机共振的模拟实验

用模拟电路的方法对随机共振现象进行多方面的实验研究,讨论随机共振机制,测量输出信噪比(SNR),由于在随机共振过程中部分噪声能量可转变为信号能量,利用这个机制可能在强噪声对信号的抑制下取出信号。 关键词：     

星间微波光子链路调制方式的优化

针对外调制星间微波光子链路输出信噪比优化问题,建立了基于双电极马赫 曾德尔调制器的强度调制直接探测星间微波光子链路模型,通过优化调制器调制方式来提高链路性能。用数值模拟方法得到了单边带、双边带和推挽式3种调制方式下链路输出信噪比,利用曲面投影法求得了最优调制方式时一定信噪比要求下发射端所需最小光放大器增益和对应的调制器直流偏置相位。结果表明:相同输入射频信号功率和发射光功率情况下,双边带调制输出信噪比比单边带调制高3 dB,低直流偏置相位推挽调制可以进一步优化输出信噪比。输入射频信号功率为-20 dBm,输出信噪比为17.3 dB时,所需最小光放大器增益为43.9 dB,对应的直流偏置相位为0.87。     

基于相位调制本振的相干检测系统

提出了一种简化的相干检测系统,通过在时域上交替探测信号的同向(Ⅰ)及正交(Q)信息分量,实现了基于单个平衡光电探测器(BPD)的相位分集接收.仿真结果表明,25 Gbit/s的非归零信号经过25 km标准单模光纤传输时,在10-3误码率门限下,其接收灵敏度为 39.97 dBm.用Gram-Schmidt正交化过程算法对信号光与本振(LO)光之间频率偏移引起的I、Q分量失配角进行补偿,当频率偏移小于符号速率的1/5(±5 GHz)时,灵敏度代价约为3.2 dB.此外,当LO光功率较高时,用单PD取代BPD的灵敏度损失约为3 dB.本方案为实现低成本的相干检测提供了一种解决方法.     

锶原子互组跃迁荧光探测系统的研制

锶原子单态和三重态间的互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1辐射率远小于一般的电偶极跃迁,共振跃迁荧光信号微弱。介绍了一种应用于探测该互组跃迁荧光谱的直流偏置探测器。该探测器选用极低输入偏置电流运算放大器作为前置放大,具有信噪比高、增益高、偏置可调等优点。此探测器探测增益为106 V/W量级,-3dB带宽为1MHz。实验中利用该探测器对锶原子互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1微弱共振荧光进行探测,获得信噪比很好的共振荧光谱,且无直流偏置,并由此获得高信噪比的鉴频曲线。应用该探测器观测到了饱和荧光谱线以及对应的鉴频曲线,可用于689nm激光锁频,应用于锶光钟系统。     

变分模态分量降噪后重构的水声弱信号检测

针对能量检测法在低信噪比下对非合作水声探测信号的检测性能显著下降的问题,提出了一种组合变分模态分解和小波变换降噪重构的信号检测方法。以信号分解出的各个本征模态函数的近似熵与互相关系数比值作为分量分类参数,将所得分量分为信号分量、含噪信号分量与噪声分量,然后利用第二代小波变换对含噪信号分量降噪后与信号分量组成重构信号,最后对重构信号进行检测。数值仿真结果表明该方法可以在无先验信息的情况下对CW和LFM信号自适应降噪,信噪比0 dB以下时CW信号重构后信噪比提升约12 dB,宽带LFM信号信噪比提升约8～9 dB,有效提升了低虚警概率下信号的检测概率。湖试结果表明,虚警概率为0.1时检测概率可提升至0.9以上,验证了该方法的有效性。     

一种非连续微波探询信号的实现

铷原子频标（RAFS）的微波探询信号可用于激励铷原子产生基态能级之间的跃迁,从而实现共振探测.目前常用的微波产生方案都存在电路结构复杂、功耗大、不便于集成的缺点.本文提出了一种利用锁相环（PLL）技术产生非连续微波探询信号的设计方案,这种方案以10 MHz信号作为参考频率,在单片机的合理配置下可直接得到（6 834.687 5 MHz±f_M）信号（f_M表示最大频偏）.该方案具有电路结构简单、功耗低、数字化程度高等优点,利用该方案实现的整机稳定度优于1.5E-11/√τ（1 s≤τ≤100 s）,性能指标均可满足小型商业铷原子钟要求.     

基于光纤中SRS效应的全光波长转换

提出利用光纤中非线性效应受激喇曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）实现波长转换的原理方案和相应的理论分析模型,并进行实验验证,将经过放大后的信号光和连续探测光同时注入光纤,在光纤中进行SRS放大,实现信号之间的转换。结果表明:利用SRS可实现波长转换,可实现跨几个THz的波长之间的转换。得到最大转换效率和消光比分别为-17.3 dB和15.7 dB。通过改变探测光的波长,可实现相隔几个THz光信号的全光波长转换和可调谐波长转换。     

随机共振在生物学和医学领域中的应用

随机共振在生物学和医学领域中的应用随机共振技术（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＲ），是指如何向一个系统中输入一定量的噪声，来提高信号的传输率和对信号的探测，也就是使信号的信噪比达到最大．这一技术起初在气候研究和激光科学中进行探索．在过去的...     

基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统

为了提高室内定位精度,实现三维定位,提出一种基于蚁群算法的的可见光通信室内高精度三维定位系统。本系统采用了码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)调制技术,解决了室内可见光通信多信号源之间的符号间干扰.系统中与发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光信号源地理位置相关的ID信息码经过直接扩频调制后加载至发光二极管驱动电路,以光信号的形式在室内传播.光信号经过放大、滤波、采样处理后,根据码分多址调制技术中扩频码的正交性恢复出ID信息及光强衰减信息.经过计算获得来自不同发光二极管的信号光强衰减因子,利用蚁群算法的全局搜索性确定最优定位点.引入误差修复因子,利用蚁群算法的并行搜索性对光强衰减因子偏差进行修正.仿真结果表明,信噪比为30dB,20dB,10dB的条件下,算法的定位精度分别为2cm,4cm,8cm.当计算的精度高于45cm时,蚁群算法定位解的搜索效率明显高于遍历法.在10dB的信噪比条件下,对光强衰减因子进行修正后100%的测试点都实现了5cm定位精度.实验结果表明,20dB信噪比条件下,92.59%的测试点的定位误差小于8cm,96.29%的测试点定位误差小于10cm,最大定位误差为11.30cm.经过误差修复后,96.2%的测试点实现了3cm的定位精度,61.6%的测试点实现了2cm的定位精度.本算法在实现了高精度定位,减少了获得最优定位解的计算量.     

灵敏度增强的非重复瞬态弱信号光学感知

提出了一种噪声下非重复瞬态弱信号感知灵敏度增强方法。在双相干光频率梳（OFC）频谱克隆接收系统的基础上,利用声光频移器和光耦合器分别对本振OFC和信号OFC进行多路复制,使得瞬态弱信号频谱被分割的子信道成倍增加。在接收端灵敏度范围内,各子信道频谱被下变频至同一中频,并在频域中同步累加,累加后瞬态信号的感知信噪比（SNR）以倍数增加。利用梳齿个数为9的频谱克隆接收机对带宽为18 GHz的瞬态噪声信号进行感知,当本振OFC和信号OFC进行1、2、3路复制时,瞬态信号的感知灵敏度增益分别提升至12.63 dB、14.04 dB、15.43 dB。与双相干OFC频谱克隆接收结果相比,所提结构的SNR提升了3.0 dB、4.5 dB、5.9 dB,并进一步讨论了分路损耗对SNR改善比的影响。所提方案基本上不增加OFC生成模块的复杂度和频谱覆盖范围,实现了SNR倍增式增强。