基于光IQ调制的OFDR系统定位研究

针对传统内调制光频域反射(OFDR)分布式传感系统中扫频激光存在的频率变化非线性问题及其造成的信噪比降低问题,提出了基于光IQ调制的光频域反射系统,分析了光IQ调制扫频基本原理和光频域反射传感系统基本原理,搭建了基于光IQ调制器的扫频激光生成系统和OFDR温度变化定位实验系统,通过光IQ调制器对稳频激光进行调制以生成线...     

光调制技术用于提高光谱法舌诊的测量信噪比

为了解决光谱采集受环境光干扰严重的问题,首次将光调制技术用于提高光谱法舌诊测量的信噪比。系统采用调制盘对参考光信号强度进行调制,运用此装置采集同一被测体在分别叠加绿色、紫色、红色激光以及自然环境光干扰情况下的反射光谱,对采集来的数据运用离散傅里叶变换进行解调,提取最大谐波分量,然后对提取的最大谐波分量进行归一化,绘制解调后的光谱曲线,通过比较发现,不同干扰情况下所测同一被测体经过调制解调后的反射光谱曲线走向基本一致,结果表明光调制技术能够去除舌体反射光谱采集中环境杂散光的干扰,为高信噪比舌诊光谱数据采集提供了一种新途径。     

光纤表面粗糙度检测系统的研究

基于传光型光纤传感器,利用反射式光强调制原理,设计了一套材料表面粗糙度的检测系统。整个系统包含光源、Y型光纤束、反射调节控制装置和数据采集部分,采用单片机作为控制系统。分析了光纤束端面与检测样品距离的变化对检测结果的影响。     

谐振式微光学陀螺不同调制方式下背向反射噪声分析

建立了基于反射式光波导环形谐振腔的谐振式微光学陀螺背向反射噪声分析模型,仿真分析了背向反射噪声强度项和干涉项在系统互易和非互易时的影响。比较了不同调制方式下,谐振式微光学陀螺系统中背向反射噪声的抑制情况,研究表明,分频调制下载波抑制的方式可将背向反射噪声抑制到极限灵敏度以下,同频调制下背向反射噪声受限于光开关/脉冲调制器的信道串扰。分别搭建了分频调制和同频调制系统,实验测试结果表明分频调制下陀螺输出稳定,同频调制下由于未对背向反射噪声强度项进行抑制,引入了10°/s量级的噪声,验证了理论仿真结果。     

基于改进型弹光调制结构的VOC气体浓度检测系统

由于传统弹光调制系统受调制晶体尺寸的限制,光谱分辨率较低,致使其气体浓度探测精度不高。为了提高系统光谱分辨率,设计了一种改进型弹光调制系统,通过使入射光在晶体内多次反射增大光程差,从而获取更高的光谱分辨率。整个系统由激光器、弹光调制器、起偏器、检偏器及光电探测器构成。弹光晶体上加工一个楔角θ,并在两个面上镀反射膜从实现增大有效光程的效果。计算了楔角对光程、调制相位以及能量的函数关系。最终确定了合适的楔角值,并给出了相应的光程函数表达式。实验分别对三种常见的VOC气体进行浓度分析,样气浓度采用PTM400-VOC型气体分析仪定标,并与传统弹光调制系统进行对比。结果显示,改进型弹光调制系统气体浓度检出限可达0.010 mg·m-3,相比传统弹光调制系统高一个数量级以上,气体浓度检测误差为3.4%,也优于传统型。综上所述,改进型弹光调制系统不但具备静态结构高稳定性的优点,同时还大幅提高了系统的光谱分辨能力及浓度检测精度。     

三能级Λ-系统探测光的频率调制效应研究

研究了三能级Λ系统探测光的频率调制效应. 从经典电子运动方程着手得到介质的极化率；从量子角度出发，应用Bessel函数将频率调制项展开，研究探测光频率调制对系统的影响. 适当调节探测光频率和调制系数，得到系统粒子数随时间周期变化的结论. 还得到系统处于稳态时探测光对应的极化率.     

三能级∧-系统探测光的频率调制效应研究

研究了三能级∧-系统探测光的频率调制效应．从经典电子运动方程着手得到介质的极化率；从量子角度出发，应用Bessel函数将频率调制项展开，研究探测光频率调制对系统的影响．适当调节探测光频率和调制系数，得到系统粒子数随时间周期变化的结论．还得到系统处于稳态时探测光对应的极化率．     

双边缘均值光纤Bragg光栅波长解调技术

光纤Bragg光栅（FBG）传感器是一种波长调制型传感器，波长解调技术是FBG传感系统的关键，通常是对FBG反射谱进行波形采样，得到反射谱的峰值信号，以此作为FBG中心波长的特征值。这种方法需要实时采集大量数据，所以影响解调速度。通过对FBG反射谱的分析，得出FBG反射谱具有很好的对称性。在此基础上提出了采用反射波双边缘均值的方法测算中心波长。实验证明，采用这种方法进行波长解调，可以使FBG信号处理简单、动、静态波长时测算精度高，可以极大地提高解调系统处理FBG传感信号的速度。     

半绝缘GaAs的双调制反射光谱研究

半导体材料电子能带结构的确定对研究其物理性质及其在半导体器件方面的应用有重要意义.光调制反射光谱是一种无损和高灵敏度的表征半导体材料电子能带结构的光学手段.光调制反射光谱中激光调制导致的材料介电函数的变化在联合态密度奇点附近表现得更为明显.通过测量这些变化,可以得到有关材料能带结构临界点的信息.然而在传统的单调制反射光谱中,激光调制信号的光谱线型拟合和临界点数目的分析往往被瑞利散射和荧光信号所干扰.本文将双调制技术与双通道锁相放大器结合,消除了瑞利信号和荧光信号的干扰,获得了具有较高信噪比的调制反射光谱信号.双通道锁相放大器可以同时解调出反射光谱信号及其经泵浦激光调制后的细微变化量,避免了多次采集时可能存在的系统误差.利用这种技术,在可见激光(2.33 eV)泵浦下,我们测量了半绝缘GaAs体材料从近红外至紫外波段(1.1-6.0 eV)的双调制反射光谱,获得了多个能带结构临界点的信息.探测到了高于泵浦能量之上的与GaAs能带结构高阶临界点对应的特征光谱信号,说明带隙以上高阶临界点的光调制反射光谱本质是光生载流子对内建电场的调制,并不是来自该临界点附近的能带填充效应.这一结果表明双调制反射光谱能够对半导体材料能带结构带隙及其带隙以上临界点进行更准确的表征.     

弹光调制傅里叶变换光谱技术研究

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率,提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构,该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜,并让入射光线以约10°的倾斜角入射,使得被测光束在晶体内部产生多次反射,增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型,并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统,并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验,实验所得干涉条纹清晰、稳定,结果表明,所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13 cm-1,且该方案使得光线在晶体内部产生反射,降低了光能损失,保证了系统性噪比。最后的光谱反演结果表明,所设计光谱系统的技术可行,为后续的样机研制以及光谱、辐射标定等工作奠定了基础。     

多阶光存储原理分析及其读写系统前端信号处理研究

运用矢量衍射理论的计算方法(耦合波方法，时域有限差分法)，对两种多阶光存储方案(坑深调制，坑形调制)进行了原理性分析，并简略分析了利用相变材料的幅值调制实现多阶存储的原理.由此得出多阶光存储技术的实现是利用了光与物质之间的相互作用，使光对记录介质产生作用，同时介质也对光的某些特性进行调制，而这些特征的改变一般都不止两个状态0或1，用数字方式将这多个状态记录下来便实现了多阶数字存储.此外,还提出了多阶光盘前端信号处理系统的设计与开发.该系统是多阶光存储实验系统的重要组成部分，可输出RF,TE,FE等伺服与误差信号，并将信号反馈给多阶处理芯片；同时系统还可对光学头的激光读写功率及写入时间进行控制，并能使其实现自动调焦和道跟踪. 关键词： 多阶光存储 矢量衍射理论 时域有限差分法     

CCD智能化光谱仪的研制

本文报道了一种新型的ＣＣＤ光谱仪的研制，包括三部分；即ＣＣＤ光探测器，光路系统，与计算机联接的控制和数据采集系统。该光谱仪的分辨率为０．０３５ｎｍ，灵敏光谱范围４００－９００ｎｍ。光谱仪操作简便，可对复杂光谱进行快速处理。已成功应用于低温等离子体的光谱诊断，获得了很好的测量结果。     

基于DSP的激光自混合干涉测振仪信号采集与处理系统

结合三角波电流调制型激光自混合干涉技术,设计了基于DSP的数据采集与处理系统,完成了对来自光电探测器的干涉信号的采集与处理。该系统接口电路简单灵活,具有采样频率可由程序设置、采集速度和精度较高,并且可以实现6通道同步采样转换的特点。实验结果表明,该数据采集与处理系统完全能够满足高速交变激光自混合干涉信号的采集与处理在实时性和高精度方面的要求。     

基于单通道反射型电光调制器实现不同路光同时调制的方法

提出了一种利用单通道反射型聚合物电光调制器同时调制不同路光的方法。衰减全反射结构的电光调制器,其每一个衰减全反射(ATR)峰的位置分别对应于一个导波共振模式。实验系统中利用衰减全反射导膜峰作为调制通道,使其每一路光路的入射角分别对应于不同导波共振模式的工作角,就可以实现利用单通道的电光调制器同时调制不同路光。提出了三种实现两路光同时调制的模式,并给出了三种模式的调制结果。结果表明,作为调制通道的导模阶数越低,调制效率越高。在832 nm光波波长下,采用最低阶导模进行调制时可以获得42.9%的调制效率。     

正弦波与方波磁光调制的比较分析

基于正弦波磁光调制原理，同时利用利萨如图形方法，对正弦波磁光调制和方波磁光调制进行了计算机模拟．模拟结果表明，正弦波磁光调制具有磁光调制原理所描述的基本特性，并且其偏振角度检测准确度可达到0．001°；而方波磁光调制具有更好的应用特性，不存在波形失真问题，其氏取值不受小角度条件的限制，其偏振角度检测准确度可高于0．001°．对两种磁光调制进行的对比性实验研究，进一步支持了以上结论，表明方波磁光调制无论用于信号调制或用于偏振角度检测都具有独特的优势．另外，在实验中发现了两种磁光调制的限幅效应，并对其形成的原因进行了初步分析．     

基于迈克耳孙干涉仪的微机械光纤信号调制器

基于迈克耳孙干涉仪原理,设计了利用双光束干涉效应的微机械光纤信号调制器.实验中从输入端输入的光纤信号,经分光板后分为光强相等的透射光束与反射光束;调制信号以电压形式加载于压电陶瓷,使其伸缩振荡,以调制透射光束与反射光束之间的光程差;透射光束与反射光束经透镜聚焦后在输出端面发生双光束干涉,在输出端输出被调制的光信号,再耦...     

反射型LCOS器件纯相位调制特性的研究

研究了反射型的LCOS显示器件的相位调制特性.采用2×2的Jones矩阵计算仿真，从理论上分析了它的相位调制特性，建立了一套测量振幅和相位特性的测试系统.它采用He-Ne激光为光源，用干涉仪观察波前相位，将LCOS显示器件作为液晶空间光调制器，用计算机和相关的电路系统驱动控制，并用CCD采样数据，测试了1024×768 LCOS显示器件的相位调制特性.理论和实验的一致性说明了在特定的入射、出射偏振光配制下，LCOS显示器件可以做纯相位调制器. 关键词： 空间光调制器 液晶显示器 反射型LCOS     

基于IQ调制的OFDR系统仿真研究北大核心CSCD

针对传统外调制光频域反射(OFDR)系统空间分辨率较差的问题,提出了基于IQ调制OFDR系统的方法。分析了OFDR系统基本原理及IQ调制扫频原理,采用IQ调制器调制稳频激光器产生线性扫频光,建立了基于IQ调制的OFDR系统仿真模型;通过改变局部后向散射光相位以模拟待测温度或应变变化,并提出差分FFT解调算法实现对待测参量的快速定位检测。仿真结果表明,模型可以准确检测与定位施加在传感光纤上的模拟待测参量,并在传感距离为100m长的光纤上实现了0.23m的空间分辨率。研究证明,该系统优化了空间分辨率,降低了解调算法复杂度,提高了参量检测准确度,从而为光频域反射技术在短距离高空间分辨率应变、温度等参量检测方面的应用提供理论依据和测量方法。     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

基于注入半导体激光器的微波副载波相位调制信号产生

光载无线技术是解决终端超宽带无线通信的重要方法,光信号与微波/毫米波信号的融合处理技术在光-无线的数据格式转换中至关重要.提出了一种基于相位调制信号光注入Fabry-Perot型半导体激光器实现微波副载波相位调制信号产生的方法.光学注入半导体激光器的输出光场会产生一周期(P1)振荡效应, P1振荡产生的边带实现了相位调制信号光的调制分量的放大,被放大的调制分量与注入光载波在激光器腔内拍频形成微波副载波.注入光相位的变化导致新产生的微波副载波相位变化, 实现了注入信号光相位信息转化为微波副载波相位信息.本系统完成1.3 Gb/s, 2.7 Gb/s, 2 Gb/s光相位调制信号到微波副载波相位调制信号的转换,并测量了微波的单边带相位噪声. 通过光电转换和电域混频将还原出的光基带信号与原信号进行逻辑对比,证明了数据信息转换的正确性.