高精度多脉冲激光测距回波检测技术

针对远距离激光测距机回波信号脉宽强度特征和噪声的统计特性,提出了一种高精度多脉冲激光测距机的回波信号检测技术。采用时钟移相分配方式实现了400 MHz高速信号采集及数字化处理,提高了回波脉冲的检测精度。采用ARM嵌入式高速核处理器进行数据算法处理,完成了滤波降噪、自适应门限检测和多帧相关检测等功能,使回波信噪比提高了7.6 dB,达到远距离精确获取目标距离信息的目的。     

改进维纳滤波器及其在目标方位估计中的应用

针对复杂的水声环境以及信噪比较低的目标信号导致方位估计性能较差的问题,本文提出了一种基于改进维纳滤波器和波束形成器的方位估计方法,该方法能够抑制噪声,提高目标方位估计性能。首先利用改进维纳滤波器抑制各通道接收数据中的噪声,提高输出信噪比。在此基础上,将改进维纳滤波器的输出通过波束形成器,获得目标的方位估计。改进维纳滤波器能够通过调整滤波器参数,控制滤波器的噪声抑制能力和信号失真。因此,针对不同的波束形成器对信号失真的敏感程度不同,可以通过调节改进维纳滤波器的参数,获得噪声抑制与信号失真之间的最佳折中,从而提高输出信噪比,降低目标方位估计的信噪比门限和均方根误差。仿真和实验结果验证了本文方法。      

基于SAO-VMD-FFT的激光诱导荧光光谱信号信噪比提升方法

针对基于激光诱导荧光光谱法(LIFs)的便携式场地地下水检测技术装备在原位检测地下水中典型重金属时,光传感信号含噪声严重,影响后续定量分析准确度的问题,提出了一种雪消融优化器(SAO)寻优算法优化的变分模态分解(VMD)结合快速傅里叶变换(FFT)的LIFs光传感信号信噪比提升算法。利用SAO算法对VMD分解关键参数分解模态个数K和惩罚因子α进行优化,实现含噪信号的自适应最佳VMD分解,得到一系列本征模态分量。进一步结合FFT算法寻找频率突变点从而筛选出相关模态。累计相关模态得到信噪比提升后的信号。通过仿真和实测信号分析,结果表明与EMD、WTD和S-G等常用算法相比,本文算法能更好地去除LIFs信号中的噪声分量,保留有用信息,验证了该方法的可行性和有效性,可为后续利用LIFs传感信号原位定量分析地下水中重金属元素含量提供支持。     

光学干涉仪测量极限的本科实验教学演示研究

光学干涉仪是广泛应用于量子精密测量的一种重要的光学仪器,然而由电磁场真空涨落引起的光量子噪声,限制了光学干涉仪的测量精度。为了获得更高的测量精度,测量并分析光学干涉仪的性能成为必然,其中信噪比和最小可探测值是目前最常用的分析光学干涉仪性能的主要参数。然而,在目前本科实验教学中,光学干涉仪通常被用于观察光干涉原理,缺乏对光学干涉仪性能分析的实验演示,因此本文利用Mach-Zehnder干涉仪,测量相位调制器引起的相位差变化,实现光干涉原理验证的同时,重点演示了光学干涉仪信噪比和最小可探测值的测量方法。通过本实验,本科生一方面可以直观地掌握光学干涉仪性能参数的测量方法,另一方面掌握提高测量精度的实验技术手段,为量子精密测量技术的进一步发展提供人才储备。     

相敏检测调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比影响研究

受激拉曼散射是相干拉曼散射中的一种，其产生的信号在三阶非线性效应下得到了显著地增强，且没有非共振背景的干扰，光谱与自发拉曼光谱几乎完全一致。因此，基于受激拉曼散射的显微成像技术具有无标记、高特异性、非侵入等优点，已成功运用在生物细胞成像中并取得了许多重大的成就。受激拉曼信号与激发光的波长相同，易受到激发光背景噪声的干扰，为解决该难题，常采用光学调制与相敏检测相结合的方法对其进行检测。检测过程中，调制深度对受激拉曼信号强度和信噪比有重要影响。针对此，基于相关理论深入分析了调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比的影响。同时考虑到在生物光谱成像等应用中，细胞光损伤阈值对两束激发光功率之和的限制，分析了不同调制深度下，获取最大信号强度及最佳信噪比的激发光功率配置方法。通过搭建受激拉曼实验系统，以二甲基亚砜为研究对象，进行实验验证。研究结果表明，在光损伤阈值的限制条件下进行受激拉曼损耗检测时，同一调制深度下，当泵浦光与斯托克斯光光功率比为1:1时信号强度达到最强，比值为1∶2时信号的信噪比达到最佳。在泵浦光与斯托克斯光光功率比相同的条件下，受激拉曼信号强度和信噪比均随调制深度的降低而降低且近似呈线性...     

高信噪比集成化共振光电探测器

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。     

激光诱导荧光诊断中荧光频率极限的实验研究

在用激光诱导荧光法测量多偶极腔体中的氩等离子体的离子速度分布函数的实验中，研究了激光频率与信号强度的关系。在给定等离子体放电参数条件下，发现存在一个入射激光诱导荧光的极限频率，大于该频率时荧光强度不再增加。该诱导荧光的极限频率随荧光收集系统中透镜组中的小孔大小而改变。     

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。