光频域喇曼反射光纤温度传感器的频域参量设计

研究了功率调制型光频域反射技术空间采样函数的基本特征,得到了频域测量参量对测量距离和空间分辨率的基本限制;用数值计算模拟了功率调制型光频域光纤温度传感器的测量过程,通过比较模拟测量得到的喇曼反射强度空间分布因子对实际喇曼反射强度空间分布因子的再现程度,研究了调制频率范围、频率采样间隔以及起始调制频率对测量结果的影响,得出技术可行的最佳频域测量方案.     

基于激光二极管光反馈效应的肌肉震颤测量系统

介绍一种测量肌肉震颤频率和幅度的无损伤、非接触光学方法。分析了在直接频率调制下 ,激光二极管中的光反馈效应 ,探讨了振动微小位移和速度的理论模型。设计并研制了一套基于光反馈效应的直接频率调制激光二极管光电探测系统。利用该系统对微弱机械振动信号进行了探测 ,表明该系统能用于肌肉震颤的测量。最后介绍了人体前臂内侧屈肌群紧张收缩时 ,肌肉震颤的光学测量结果     

Measurement for Scattering Media by Synthesis of Optical Coherence Function with Super-Structure Grating Distributed Bragg Reflector Laser Diode

The application of the technique of synthesis of optical coherence function for detection in scattering media is investigated. By modulating the optical frequency, the technique synthesizes the coherence function into a delta-function-like peak at an arbitrary location, and thus can select interferometrically the information at that location. The location is adjustable by the modulation parameter or additional phase modulation. A multi-section super-structure grating distributed Bragg reflector laser diode (SSG-DBR-LD) of THz-order tunable range is employed to enhance the spatial resolution for suppressing the multiple scattering from locations other than that detected. In a preliminary experimental demonstration, a reflectometry of 550 μm spatial resolution was achieved and was used to detect scattering media.     

用ZCTC晶体倍频半导体激光的紫光输出

报道了新型金属络合物非线性光学材料ZCTC（硫氰硫锌镉）晶体的光学性质。测量了ZCTC晶体的折射率,计算了其相位匹配角度。进行了半导体激光（LD）室温下直接倍频实验。当808nm基频GaAlAs半导体激光功率为473mW时,获得了390μW、4040μnm紫光输出。实验表明ZCTC晶体是一种优良的半导体激光倍频紫外非线性光学材料。     

半导体激光微小振动实时干涉测量仪

设计了一种半导体激光干涉测量仪,可以实时测量物体的微小振动。通过信号处理电路对干涉信号进行分析,得到实际振动的振幅和频率。给出了具体的理论分析,实验结果验证了该干涉仪的实用性。     

High-Resolution Reflectometry by Optical Multidigitized Coherence

We propose and confirm a novel technique of optical frequency domain reflectometry based on multidigitized coherence using a multimode laser. The proposed system can easily provide the potential for high resolution on the order of 10 μm without scanning frequencies as in frequency domain reflectometers of either continuous or stepwise sweep. The theoretical approach agrees well with the experimental results demonstrated using a commercially available multimode laser diode.     

双光反馈半导体激光测距传感器模型

利用线性调频半导体激光器的光反馈效应，可实现绝对距离的测量，但由于半导体激光器光频受环境温度影响较大，限制了该方法的测量精度和稳定性，为解决这一问题，本文提出了一种基于双光反馈的绝对测距方法，并给出了理论模型；理论分析表明，通过联合运用傅立叶变换技术和参考技术，可以降低由温度变化形成的误差，提高系统的测距精度及稳定性。     

Autocorrelation Method to Detect Frequency Shift of a Laser Diode by Short Pulse Irradiation

A new method to investigate fast frequency modulation of a laser diode by applying optical pulse irradiation is presented. The self-delayed heterodyne technique and an autocorrelation method are used to detect beat in the heterodyne signal due to frequency shift by the irradiation. Autocorrelation of the beat signal is suggested to be calculated via its spectrum.     

激光二极管自混合干涉信号随外腔长度衰减

理论分析了激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增大的变化特点及规律。从复合谐振腔干涉函数出发,推导出激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加指数衰减,衰减系数与光频虚部成正比,并给出光频虚部和实部满足的超越方程组。求解该超越方程组得到,当外腔长度超过一个临界值时,光频虚部随外腔长度近似反比衰减,则激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加衰减很缓慢;当外腔长度小于该临界值时,外腔反馈会使光频虚部增大,而且光频虚部随外腔长度变化而振荡,激光二极管自混合干涉信号出现复杂的状态。外腔反馈强度越大,或激光单模线宽越大,这一外腔长度的临界值则越小。分析激光二极管自混合干涉还需要考虑外腔反馈对光频虚部的影响。     

基于可调谐激光的CO监测仪的不确定度评定

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)对CO气体的浓度进行测量,应用整体二次谐波最小二乘法对测量信号的实验数据进行反演处理。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术, 对CO在线监测仪测量结果的不确定度来源进行了分析, 采用直接评定法对各种因素引起的不确定度分量、标准不确定度和合成不确定度进行了评定。实验结果表明, 仪器示值引入的不确定度、标准气体浓度定值的不确定度以及环境温度变化和电源电压波动引入的不确定度是影响测量不确定度的主要因素。     

Suppression of Chaotic Generation Caused by the External Optical Feedback in a Laser Diode

It is shown by computer simulation and in experiments that chaotic generation caused by the external optical feedback in a laser diode can be suppressed by means of a delayed optoelectronic feedback controlled by the injection current. The suppression of chaotic generation is realized for an AlGaAs/GaAs laser of the quantum wall structure. In the presence of the external optical feedback provided by the mirror placed at a distance of 1~mm the noise of optical intensity is of the oder of 10 W, the single mode dominates in the spectrum, and its spectral width exceeds 600 MHz. The optoelectronic feedback controlled by the injection current reduces the noise by several times and narrows the generation line width down to 80 MHz.     

稳频半导体激光器的温度控制技术

设计了一种用于半导体激光器稳频的恒温控制器,在室温下2h的测试时间中,测试恒温稳定度为5mK,配合稳定度为±2μA的恒流源,半导体激光器自由运行时激光频率波动稳定在100MHz范围内。     

利用飞秒激光测量绝对长度

主要研究了如何利用飞秒激光测量绝对长度。解析和数值计算结果显示当飞秒激光通过理想的法布里一珀罗干涉仪时,利用干涉仪透射最大值可以实现绝对标准长度的测量。据此提出了标准频率与绝对长度一一对应的标准。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱的气池光程可溯源测量

在碳中和的国际大背景下,精确可靠地定量测量大气温室气体浓度对实现碳中和目标具有重要意义,开发测量结果可直接溯源至国际单位制SI的气体分析仪是精确可靠监测温室气体浓度的重要方法。可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是常用的气体浓度测量方法,根据比尔-朗伯定律,实现仪器的测量浓度直接溯源至SI的必要条件之一是可直接溯源的气池光程,气池光程的不确定度直接影响气体浓度的测量不确定度,对气池光程的可溯源精确测量有利于发展测量结果可直接溯源的气体分析仪。针对光程标称为81 cm的三次反射型气池光程可溯源测量需求,使用校准的米尺测量该气池光程得到的直接测量结果为(81.21±0.80) cm,较大的测量不确定度（0.80 cm）是综合考虑定位误差和三段光路与测量路径可能不重合导致的测量误差估算得到的。为了减小测量不确定度,本文搭建了TDLAS气池光程测量系统,测量系统以1 576 nm分布式反馈激光器为光源,通过在激光控制器上加载斜坡扫描电压来测量待测气池内标准高纯二氧化碳（CO₂,99.999%）在6 344.68 cm-1附近的吸收光谱,使用测量结果可直接溯源的压力传感器和温度传感器分别测量气池内的压强和气体温度,采用美国国家标准技术局最新测量得到的30012-00001跃迁带P 4e支线强（相对标准不确定度为0.15%）反演气池光程,使用二次速度依赖Voigt线型精确拟合不同气压（36~75 Torr）下的光谱吸光度信号获得对应气压的积分吸光度,全面分析各参量的测量不确定度及其传递过程,对不同气压下的积分吸光度进行线性回归分析,计算得到可直接溯源的气池光程为(81.61±0.42) cm,相对标准不确定度为0.51%,测量不确定度范围落在直接测量结果范围内,测量不确定度小于直接测量结果。本文气池的光路结构是多次反射长光程气池的简化,该系统同样适用于多次反射长光程气池光程的可溯源测量。     

Active Phase-Shifting Interferometer Using Current Modulation of a Laser Diode

An active phase-shifting interferometer using current modulation of a laser diode is proposed. Fringe movement in the instrument is detected by a spatial filtering detector whose output is fed back to the injection current of the laser diode to lock the fringes and shift them correctly for phase shifting analysis. Frequency modulation characteristics of the laser diode and frequency response of the feedback system are first investigated. We constructed a portable interferometer head set apart from a mirror under test then measured the shape of a spherical mirror 130 mm in diameter, which was placed on a wooden table subject to vibration. Measurement repeatability of λ/35 was achieved.     

二极管激光泵浦固体激光器和稳频研究

用调制法布里－珀罗干涉仪方法稳定二极管激光泵浦的ＮｄＹＶＯ４单频激光器的频率。在锁定情形下，激光频从自由运行慢漂移１．４３ＭＨｚ／ｓ和抖动±２．５ＭＨｚ分别改善到７５．７５ｋＨｚ／ｓ和±１ＭＨｚ     

基于谱线频率特征的调谐二极管激光吸收光谱参数分析

调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术因其高分辨率、高灵敏度和快速测量等优点在工业生产、环境污染监测等方面受到广泛应用。波长调制光谱（wavelength modulation spectrum, WMS）的二次谐波信号经常用作气体浓度反演的检测信号。TDLAS检测性能与系统参数,如锁相放大器的时间常数、扫描幅度、扫描频率、调制幅度、调制频率等的选取紧密相关,实际测量中各参数的选择多以谱线形态特征为依据,参数之间的关联性未能得到较好体现。由于信号的采样与处理均在频域对谱线产生作用,各参数之间的作用相互关联。然而很少有研究参数对谱线频域的影响,针对此问题,在一定的理论基础上通过实验分别观察各调制参数对二次谐波信号的影响。通过保持其他参数不变,只改变一个参数的方法,得出各个参数对信号线型、频率特征及噪声引入的影响规律,继而分析并验证了多参数联合变化对谱线频带的决定作用。与基于时域特征的传统方法相比,基于谱线频率特征分析一方面具有与谱线信号采集检测处理机理相近的优点,另一方面可以直观得到各参数对主频带的影响和不同频率信号的衰减趋势。总结出基于频率特征的各参数的基本选取方法,以谱线频带和截止频率相互关系为判定标准,截止频率的大小由锁相放大器时间常数决定。通过设置合适的时间常数和扫描参数使信号频带与截止频率相近但不相交,使谱线频带内频率分量不产生衰减,频带外噪声得到最大抑制;再根据锁相放大器的性能和信号信噪比来确定调制参数,使谱线主频幅度最大;最后根据系统需求确定采样率。单周期采样点不变时,低扫描频率时检测精度相对提高但耗时较长;反之,扫描频率提高,速度变快但检测精度下降。通过联合影响规律调整关联参数,减小硬件限制对参数最优值选取造成的影响。可在考虑系统检测需求与硬件条件限制的前提下,通过参数选择得到最优二次谐波信号,为此技术的实际应用提供了参数优化的实验依据与参考方法。     

基于相干光时域反射计的光纤温度传感测量

  研究了基于相干光时域反射计的光纤传感技术,分析了基于相干光时域反射计的分布式温度传感机理.根据传感系统的组成和原理,建立了仿真模型,利用MATLAB对传感系统的性能进行了仿真与分析,结果表明基于相干光时域反射计的传感系统可以达到温度测量分辨率为0.01 ℃,空间分辨率为1 m的性能指标.     

利用可调谐激光吸收光谱技术对光路上气体温度分布的测量

利用可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS),扫描多条吸收谱线以实现气体温度分布的测量。文章给出了温度分布测量的原理和方程离散化的方法,在气体浓度和压力均匀时,利用带约束最小二乘法计算得到温度分布。根据HITRAN中6 330 cm-1附近的4条CO谱线的参数,建立了温度在300和600 K时,路径长度均为55 cm的两段温度分布模型,模拟了测量误差与温度区间长度约束条件的影响。结果表明随着测量误差的增大和约束条件的减弱,计算结果误差相应增大。在5％的测量误差下,计算结果的最大误差为11％,平均误差为2.2％。以管式炉中的高温段和室温下的低温段作为两段温度分布模型进行试验。利用6 330 cm-1处的垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)扫描得到的4条CO谱线,通过背景信号的三次多项式拟合得到基线,求出温度分布计算所需的光谱吸收率积分值。在四种情况下, 计算温度分布结果与模型误差分别为7.3％,6.5％,4.7％和2.7％。     

激光二极管端面泵浦的单频固体激光器的理论研究

给出了激光二极管端面泵浦的驻波激光器单频运转时的最大泵浦功率与腔参数和激光介质参烽之间的简单函数关系，对于单频激光器的设计具有实际指导意义。