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。     

直接扣除法测量半导体光放大器频率响应

在光电子器件散射参量定义的基础上建立了基于直接扣除法的半导体光放大器频率响应测量系统,测量中通过扣除激光器和探测器系统的频率响应,得到放大器固有的频率响应。对InGaAsP体材料行波腔半导体光放大器样品进行了测量,得到了放大器在不同注入光功率和不同偏置电流下的频率响应曲线。这些曲线很好地反应了半导体光放大器的增益饱和和噪声特性,进一步分析发现半导体光放大器对低频调制信号的放大能力弱于对高频信号的放大能力,分析认为其原因在于半导体光放大器的载流子寿命有限导致低频信号长时间消耗载流子时,载流子数量无法及时恢复,从而使得增益降低。     

光外差超声无损探伤系统的实验设计和信号处理

对光外差超声无损探伤实验系统的结构、原理进行了说明.分析了系统参数设计中信号光与本振光的光程差、探测器的相对位置和聚焦透镜的焦距这三个要素对外差效率的重要影响,根据理论计算所设计的光外差超声无损探伤系统,外差效率可达0.965.该系统用于由脉冲激励超声工件的内部探伤,观察到距离1 555 mm处钢管微小裂缝的超声反射信号.对零差信号利用三角函数拟合和最小二乘法进行数学处理,可测得裂缝处相对探测点的距离,相对误差为0.19%,可以达到对金属管道远程无损探伤的要求.     

固体激光光折变自适应光外差探测技术研究

依据光折变晶体中自抽运与互抽运相位共轭共存的特性，提出了一种新型的光折变自适应光外差探测系统，并利用相干性较差的固体激光器进行了自适应光外差探测的实验研究。该系统具有结构简单、干扰和外差探测灵敏度高等优点，在光通信、激光雷达等许多领域内都具有重要的实用价值。     

光外差腔衰荡光谱理论研究

提出了简化的光外差腔衰荡光谱技术，避免了通常腔衰荡光谱对衰荡时间的直接测量，同时消除了腔镜损耗的共模直流信号的测量.理论上其测量灵敏度可以达到量子噪声极限，而且技术实现相对简单，更适合于分子振转光谱研究.此外，还在理论上分析了该光谱技术具有的Gauss线型的一次微分光谱线型的特点，并讨论了一些实验参量对谱线强度和线型的影响，进而给出了最佳实验参量. 关键词： 光外差 腔衰荡光谱     

调Q激光光折变自适应光外差探测技术研究

基于光折变晶体中自泵浦与互泵浦相位共轭共存效应,利用新型光折变自适应光外差探测系统进行了调Q脉冲激光的光折变自适应光外差探测技术研究.结果表明,该系统可以用来实现单纵模调Q脉冲激光的自适应光外差探测,并可以通过提高本振光强度有效地提高外差探测灵敏度.进一步的实验和理论分析表明,对于一般的调Q脉冲激光,由于其各个纵模频谱分量之间不相关,难于实现光外差探测.     

基于光相干外差检测的布里渊散射DOFS的研究

对布里渊散射分布式光纤传感器(DOFS)检测原理进行了分析, 针对布里渊散射光信号的特点, 应用光相干和外差技术来检测布里渊散射光信号. 具体采用微波电光调制产生频率可调的参考光, 和布里渊散射光进行相干检测, 根据布里渊频移特性取出布里渊散射光信号, 从而得到分布式传感信号. 分别实现了25 km光纤的分布式温度和应变传感, 达到3℃的温度分辨率、100 με的应变分辨率和10 m的空间分辨率.     

光外差-磁旋转-浓度调制光谱技术

介绍了一种针对瞬态分子光谱测量的新技术:光外差磁旋转浓度调制光谱技术,这种光谱技术具有很高的灵敏度,综合了光外差探测技术、磁旋转光谱技术和浓度调制光谱技术的特点,利用浓度调制光谱技术针对寿命很短的瞬态分子和激发态分子的光谱进行测量,利用光外差探测技术可以消除来自光源的幅度涨落噪声,实现散粒噪声的测量极限,利用磁旋转光谱技术可以对顺磁性分子进行选择性的测量,并且进一步提高探测灵敏度。详细讨论了这种光谱技术的工作原理,并用这种技术对O2分子的b1Σg+-X3Σg-三重禁戒跃迁光谱进行测量,获得了很好的测量信噪比。并对该技术的灵敏度作了详细的分析,估计最小相对吸收度可达1.9×10-9以及O2分子三重禁戒跃迁的吸收截面为σ=2.4×10-24cm2。     

基于短光纤循环自外差法的激光线宽测量

提出了一种基于短光纤循环延迟自外差技术测量亚千赫兹激光器线宽的方法.采用延迟长度仅为2 km的循环延迟自外差干涉仪,实现了一系列不同延迟时间拍频信号的同时测量.通过仿真拟合了多组高阶拍频信号的功率谱,获得激光器的平均线宽为944 Hz,该结果与传统拍频法测得的激光线宽基本一致.所提方法不仅可以避免单次测量误差,而且能有...     

Optical Heterodyne Impulse-Response Measurement of Lithium Tantalate Phase Modulator Driven by Wideband Frequency Signal

In this paper, we describe a novel optical heterodyne interferometer for characterizing phase modulation systems including a lithium tantalate phase modulator. A wideband random signal is imposed on the modulator so that the resultant beat photocurrent is modulated in phase at random. The cross-power spectrum of the fluctuating phase with the wideband random signal driving the modulator is computed to give the transfer function and the impulse response of the phase modulation system. The frequency and time response of the phase modulation are measured up to 15 MHz in a practical experiment.     

Field of View Increase for Optical Heterodyne Receivers

The field of view of optical heterodyne systems are usually limited by a simple criterion- namely, that A_RR ², where A_R is an effective aperture, _R the corresponding field of view and the optical wavelength. This paper will demonstrate that with a simple change of systems geometry and the possible use of array detectors, this severe restriction can be alleviated considerably and, in some cases, eliminated. Both coherent sources and thermal radiation sources are considered. This might suggest that heterodyne systems that were eliminated in the past because of that criterion alone, could turn out to be, not only possible, but even advantageous compared to other techniques.     

光折变自适应光外差探测系统理论研究

首次对光折变自适当光外差探测系统的工作状态进行了较全面分析。给出了系统的最小可探测信号功率和可提供的参考光功率，指出了影响系统特性的关键参数。     

利用空间外差光谱技术进行紫外高分辨率大气散射信号探测

羟基OH对于人类理解中间层化学成分非常重要,它是大气光化学反应中重要的氧化剂,OH在308 nm波段受到太阳能量激发,发射出OH A2Σ＋-X２Π（0,0）荧光信号。为了探测中间层大气中OH自由基的紫外共振荧光发射信号,从复杂背景信号中分离目标信号,研制了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪,光谱范围为308.2～309.8 nm,光谱分辨率为0.008 25 nm。临边观测主要探测大气散射信号,能量来源为大气中的粒子,包括大气分子与气溶胶、云等对太阳能量的散射作用。中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪基于空间外差光谱技术,可以在设计的闪耀波长范围内获得极高的光谱分辨率,适用于大气成分的精细探测。通过在前置或后置光学系统中加入柱面镜,总视场内的场景被分成多个视场切片,每一个视场切片的干涉图分别成像到对应的探测器行上。利用空间外差光谱仪具有空间维分层成像功能,临边观测时可以同时获取不同高度层大气吸收光谱的散射辐射信号,无需像传统临边探测遥感器在不同高度层进行扫描来获取大气高度维的廓线信息。为了验证中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的临边散射信号探测能力与对观测几何的敏感性,进行了地面临边观测实验,探测紫外308 nm波段大气散射信号。模拟临边观测几何,选取晴朗无云的一天,在空旷场地对大气散射信号进行观测。由于仪器基于空间外差光谱技术,需要对干涉数据进行干涉误差修正与光谱复原。对一段观测时间内间隔10分钟的干涉数据进行光谱复原并定标,得到最终临边观测光谱。由于散射信号的主要来源为大气分子对太阳光的散射作用,因此光谱中应包含太阳光谱高分辨率精细特征信息。从高分辨率太阳光谱中选取三个特征信息窗,分析观测光谱中对应波段,三个特征信息窗完全匹配,验证了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的超高分辨率光谱探测能力和光谱精细信息提取能力。将太阳辐射计实时测量获得的气溶胶光学厚度及根据观测时间计算的太阳天顶角与太阳方位角输入辐射传输模型SCIATRAN,结合对应日期与经纬度的大气廓线数据库,得到模拟光谱,将实测结果与辐射传输模型结果进行比对,两者残差较小。实测结果与模拟结果存在的残差,可能是由于大气环境参数并没有完全符合实测状态,后续可使用当地实时温湿压廓线对模拟数据库进行替换,使辐射传输模型更接近实际状态。与辐射传输模型对比的结果验证了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的散射信号探测能力与对观测几何的敏感性,验证了在轨探测多谱段、宽谱段大气散射光谱与OH目标信号的可行性,为在轨探测OH目标信号提供了理论与实验基础。     

Influence of Phase Drift on Optical Coherence Tomography Using a CCD Camera-Based Heterodyne Detection Technique

The performance of a two-dimensional heterodyne detection technique in optical coherence tomography (OCT) was studied. This technique, which is based on the frequency synchronous detection method, enables the use of an imager such as a charge coupled device (CCD) camera as a heterodyne sensor array, so that horizontal cross-sectional image can be acquired in real time without lateral scanning. OCT measurements of scattering media including a biological object were demonstrated. To evaluate the influence of phase fluctuations on the present technique, we measured and analyzed the statistical relative-standard-deviation of heterodyne signal intensity as a function of the random phase shifts between two consecutive CCD frames. Practical limitations in the signal stability and possible solutions are discussed.     

光调制技术测量半导体激光器固有高频响应

采用一种新的全光纤连接的半导体激光器光调制技术,实现了对高速半导体激光器同有响应的直接测量。利用速率方程能够对光调制的动态响应过程进行准确的描述。基于对抽运源和探测器的频率响应对光调制数据准确性影响的分析．通过将网络分析仪校正到同轴端．然后用直接扣除法和相互扣除法,在网络分析仪外部对测量数据进行了修正。两种修正方法得到了一致的结果．并且同已有的理论和实验结果相符合。改进后的光调制技术和两种修正数据的方法不但提高了数据的精确性,而且扩展了测量的频率范围。     

Frequency Stabilization of Pulsed Injection-Seeded OPO Based on Optical Heterodyne Technique

A frequency stabilizing system for a pulsed injection seeded 1550 nm optical parametric oscillator(OPO) at 20 Hz repetition rate is demonstrated.The optical heterodyne method is used to measure the frequency difference between the seed laser and the OPO output.Using the frequency difference as the error signal,a proportionalintegral controller in combination with a scanner is applied to stably match the OPO cavity length to the seed laser frequency.The root-mean-square(rms) error of the frequency discrimination method is 0.07 MHz according to a ‘frequency shifting-chopping-beat' evaluation.The frequency fluctuation of the frequency-stabilized OPO is0.29 MHz(rms),and the Allan deviation is less than 20 k Hz for averaging time of more than 3 s.