快速电信号的外电光采样测量系统

建立了小型适用的外电光采样系统,利用增益开关半导体激光器产生的皮秒超短光脉冲做为取样门,以LiTaO₃电光探头作为电场传感器,实现了对梳状波电脉冲波形的光学采样测量,测量结果与用采样示波器测量的结果相符.分析了系统的主要性能,获得了25ps的时间分辨率及20mV/√Hz的电压灵敏度.实验分析了电光探头对系统测量精度的影响.同时用该系统测量了共面微带传输线的传输特性.     

用于高功率激光装置中的电脉冲整形系统

采用射频GaAs场效应管和微带传输线技术,研制出用于高功率激光装置中的电脉冲整形系统.该系统电脉冲整形宽度为3.5 ns,幅度在0~5 V范围内调节,时域调整精度200 ps.整形后的方波,前沿383 ps,后沿642 ps,顶部不平坦度4~5%,波形幅度稳定性4~5%（p-p).利用该系统产生的整形电脉冲驱动电光波导调制器进行激光脉冲整形,得到了理想的整形激光脉冲.     

用光电导开关产生稳幅ps量级时间晃动超快电脉冲的研究

报道了用半绝缘GaAs光电导开关产生电压幅值稳定、ps量级时间晃动超快电脉冲的实验结果.分别用ns，ps和 fs激光脉冲触发GaAs光电导开关的结果表明，在低电场偏置下，电极间隙为1 mm的GaAs光电导开关可以产生触发时间晃动小于10 ps、电压幅值变化小于1.2 %、亚ns量级脉冲宽度的稳定超短电脉冲.分析了触发光脉冲能量起伏对光电导开关产生超快电脉冲电压幅值的影响，指出通过控制光电导开关的触发条件和对开关的优化设计，就可以获得电压幅值稳定、时间晃动在ps量级的超快电脉冲. 关键词： 光电导开关 超快电脉冲 电压幅值稳定性 时间晃动     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计(英文)

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5 V可调、脉宽0～10ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计(英文)

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5 V可调、脉宽0～10ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

微微秒GaAs光电闸门

研制出具有20μm间隙的微带型Cr:GaAsps光电闸门.用锁模氩离子激光器同步泵浦的染料激光器照射,用上升时间30ps取样示波器监测,得到输出电脉冲120ps的上升时间和230ps的半极大全宽度(FWHM).在30V直流偏压下,38pJ～320pJ激光脉冲能量范围内,给出输出电脉冲峰压与光脉冲能量之间的线性关系实验曲线.     

皮秒电脉冲的产生,测量及在微带中的传输色散

本文描述了Ｃｒ：ＧａＡｓ－ＬｉＴａＯ３开关－行波普克尔盒的设计结构。用飞秒激光脉冲作激发、探针脉冲，采用电光采样技术，产生并测量到了上升沿约为５ｐｓ的超快电脉冲，并从Ｙａｍａｓｈｉｔａ的微带设计方程出发，运用准ＴＥＭ波近似，分析了微带线的色散特性及ｐｓ电脉冲在微带中传播时的波形畸变，电脉冲较陡的上升沿在传播过程中被展宽而下降沿变陡。     

线性光采样模拟前端研制与128Gb/s信号测试

面对100 Gb/s光纤传输系统性能监测需求,自主研制完成高速线性光采样模拟前端。其内部由1个被动锁模光纤激光器产生脉宽为2 ps、重复频率为96.25 MHz的采样光脉冲,待测偏振复用四相移键控(PDM-QPSK)信号和采样光脉冲进入光混频器后完成偏振相位分集探测,利用模拟带宽为400 MHz的平衡探测器完成光电转换后,将4路模拟信号传入主机进行数字化处理,获得高速光信号时域分析结果。通过优化设计,实现被动锁模光纤激光器的脉冲功率、中心波长、重复频率稳定输出。利用商用128 Gb/s PDM-QPSK信号对工程样机和安捷伦调制信号分析仪N4391A展开对比测试,测试结果表明工程样机可获得相同的时域参数分析结果。     

利用光纤中的非线性偏振旋转效应提高激光脉冲对比度

研究了用于提高激光脉冲对比度的全光纤结构脉冲清洁器(OPC)。对利用非线性偏振旋转效应(NPR)提高脉冲对比度进行了理论分析。计算了脉冲清洁器对主脉冲峰值透射率与入射角度和光纤长度的关系,模拟了输出脉冲波形和脉宽的变化,并对1053 nm波长的百皮秒入射脉冲进行了实验。主脉冲与连续背景噪声的对比度提高47.5 dB以上,主脉冲与预脉冲对比度提高16.94 dB以上,输出信号的连续背景功率和预脉冲强度均低于探测器的最小响应极限。主脉冲的峰值功率透射率达28.05%;脉冲宽度由92 ps压缩至64 ps,与理论预期相符。利用可变衰减加光电转化的方法测量了1 Hz重复频率的脉冲对比度及信号透射率,解决了利用自相关仪不易测量低重复频率信号的问题。采用灵敏度更高的测量方式将测得更高的对比度提升。     

激光回波模拟器光电参数定量化测量技术的研究

为实现激光导引头高精度光电参数测量,提出了一种基于雪崩光电二极管（APD）雪崩放大效应的微弱信号放大技术以及基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的全波形采集技术,研制了一套飞焦量级激光模拟回波光电参数定量化测量装置。测量装置针对微弱脉冲激光回波进行光电转换及多级放大处理,之后通过高速A/D实现模数转换,并由FPGA进行全波形信号的存储、处理,再传递到上位机上,最后使用标准能量计搭建计量校准光路进行测量装置的能量校准。测量装置实现了脉冲宽度10～100 ns、能量范围40 fJ～1.1 pJ的1 064 nm波段的脉冲激光能量的测量,测量重复性不高于2%,基本满足测试需求。     

用于高功率激光脉冲整形的可编程任意波形电脉冲发生器

研制了一种基于GaAs场效应管与超快脉冲信号微带传输的可编程任意波形发生器.它由计算机控制的多路高准确度偏置电压,多个级联的GaAs场效应管基元电路,以及微带脉冲传输线组成．输出电脉冲波形导入LiNbO3集成光波导调制器,经过电光调制获得相应的激光脉冲波形．通过计算机设置各基d元电路中GaAs场效应管栅极偏压,进而控制整形电脉冲的形状,使高功率激光装置前端时域脉冲整形实现远程控制．     

非接触电光取样系统

电光取样技术是以超短光脉冲做为取样门,利用电光晶体的Pockels效应对具有重复频率的高速电脉冲进行无扰(微扰)测量的一种新技术,由于超短脉冲技术已可提供短至几飞秒的光脉冲,因此此项技术具有非常高的带宽.     

亚皮秒级时间分辨率的光取样示波器实验样机

利用自行开发的高稳定、低抖动和重复频率可调的“σ”型被动锁模光纤激光器作为高性能光学取样源,与待测的80 Gb/s光脉冲信号同时输入到100 m高非线性光纤中,通过四波混频效应实现了对被测光信号的全光采样。然后利用自行开发的数字信号处理与计算机图形显示软件,精确地重现了被测试的基于RZ码型的80 Gb/s光脉冲信号波形图。同时,还利用该光学取样示波器实验样机系统对重复频率为10 GHz、脉宽为1.8 ps的商用半导体主动锁模激光器的输出波形进行测量,所显示的脉冲宽度值为2.0 ps。这表明开发出的实验样机系统的时间分辨率优于900 fs。     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0～60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0~60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

基于绝热孤子压缩效应的小基座孤子脉冲研究

高重复频率超短光脉冲产生技术是高速光时分复用(OTDM)系统的关键技术之一,而一般的超短脉冲源直接产生的脉冲往往不够窄,因此必须对光脉冲进行压缩后才能满足高速光通信系统的要求。采用360 m长的色散渐减光纤(DDF),成功将从再生锁模光纤激光器(RMLFL)输出的中心波长1546 nm、重复频率10 GHz、脉宽分别为5.40 ps和4.60 ps的光脉冲,绝热压缩为脉宽为1.93 ps和1.71 ps的小基座孤子脉冲,压缩因子分别为2.80和2.69。利用这种绝热孤子压缩方法得到的光脉冲质量较好,可以用于160 Gb/s的光时分复用系统。     

研制超宽带全光取样示波器设备

全光取样示波器是研究与开发超高速光通信系统和光子交换网络的关键性测试仪器设备. 本文简介了我们自行设计和研制出的超宽带全光取样示波器设备的实验样机系统, 并报道了我们已取得的初步实验结果. 采用自主研发的高稳定性被动锁模飞秒光纤激光器作为该光学示波器的光脉冲取样源, 我们通过利用高度非线性光纤中的四波混频效应, 成功地实现了对脉宽为1.8ps、重复频率分别为10GHz和40GHz的光脉冲信号的全光取样. 然后通过数字信号处理和计算机图形处理, 得到了再现后的超短光脉冲信号波形, 并测出了其脉冲宽度值为2.3ps. 借助于该光学取样示波器实验样机, 我们还成功地完成了对脉宽为1.8ps、经过伪随机数据序列调制后的10Gbit/s和40Gbit/s光数据信号眼图的精确测量. 这是我国首次报道有关超宽带全光取样示波器设备的实际研制工作及其相应的实验测试结果. 所得到的有关超短光脉冲信号波形的测试结果也与用70GHz宽带电子示波器和超快光电探测器组成的常规光电测量系统所获得的结果进行了比较, 清楚地表明了我们研制出的全光取样示波器实验样机比后者具有更高的时间分辨率和更大的测量带宽.     

砷化镓高速集成电路内部电信号的光探针直接取样

本文介绍了电光取样技术原理报道了砷化镓高速集成电路内部电信号在片直接电光取样测量系统,它的时间分辨率优于20ps,空间分辨率优于3μm.通过对砷化镓共面波导的测量证实该系统可以对砷化镓高速集成电路内部电信号进行在片直接电光取样测量。     

基于APD单光子探测器的光子到达时间标记精度研究EI北大核心CSCD

为了准确测量X射线脉冲星导航中的光子到达时间,提出了一种X射线探测器光子到达时间精度的测试系统,该系统主要由脉冲X射线发生器、任意波形发生器、雪崩光电二极管探测器和时间标记光子计数器组成。系统测量脉冲X射线发生器的控制脉冲信号与雪崩光电二极管探测器测量的输出信号之间的时间延迟,研究时间延迟的分布情况,该分布的标准差可以反映被测探测器的光子到达时间测量精度。实验结果显示,雪崩光电二极管探测器输出信号相比控制信号的时间延迟约9.03 ns,标准差为2.23 ns,即雪崩光电二极管探测器的光子到达时间精度为2.23 ns,表明其能够实现对X射线单光子的快时间响应与高精度标记。