相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计

分析了传统Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频方法的工作原理,设计了一种基于正交解调原理的PDH激光稳频方案。该方案采用直接数字频率合成器同时产生两路频率均为10 MHz的正弦和余弦信号,其中正弦信号分为两路:一路用于驱动电光相位调制器以产生相位边带,另一路与余弦信号一起作为相位解调的参考信号。经相位调制后的激光束耦合进入F-P参考腔,所产生的光外差干涉信号由光电探测器进行探测,其输出信号分别与两路正交参考信号进行混频,经低通滤波后得到误差信号的两个正交分量,二者经A/D转换后进入微处理器进行正交相敏检波运算,即可得到PDH稳频系统的误差信号。建立了正交解调PDH激光鉴频实验系统,对F-P参考腔的腔长进行线性扫描,观察到了鉴频曲线,其鉴频灵敏度为1.82 V/MHz,最大频率变化量为5.48 MHz。实验结果表明,所设计的正交解调PDH稳频方案可行。     

干涉型集成光学加速度计信号处理及SOPC设计

介绍了集成光学芯片、光纤质量块简谐振子和可编程片上系统(SOPC)混合集成光学加速度计的设计方法。采用迈克尔逊干涉方法实现加速度信号光相位调制,综合交流相位跟踪零差补偿技术(PTAC)和合成外差信号解调技术(SHSD)补偿误差并解调出加速度信号,应用SOPC技术设计和实现数字信号处理(DSP)系统,同时实现DSP和智能化数据传输接口并行工作,使系统实时、线性地跟踪到加速度信号。系统设计灵敏度达4.8902V/g。实际测量灵敏度达4.62V/g,工作频带10~1066Hz。     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

激光外差探测中高频调制信号解调技术的研究

激光外差干涉信号属于宽带高频信号,针对这一特点,提出了一种新型的激光外差干涉信号的高频调制信号解调系统。在AD8302相位解调方法的基础上,锁相环的设计可以消除解调结果中的差频信号。结果表明,相比于MATLAB软件解调和AD8302直接解调,该解调系统可以更准确地解调出样品表面1MHz的微振动信号。 因此,本系统是一种有效可行的相位解调方法。     

波片相位延迟量测量和快轴标定系统

为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角,实现测量系统的集成化和自动化,设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制,运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二倍频项,利用优化算法解调出波片相位延迟量和快轴方位角,步进电机带动波片转动使快轴到达零度位置,相位延迟量由LCD显示出来。搭建了实验系统,并对1/4波片进行了测量。实验结果表明:该系统对1/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31,相位延迟量的测量精度和重复度分别优于99.47%和0.14。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。     

高灵敏度半导体激光吸收光谱技术

以可调谐外腔半导体激光器为光源,结合光外差调制技术、浓度调制技术建立了一套高灵敏度半导体激光光谱测量系统,可用来开展对瞬态分子的高分辨光谱研究.还在实验和理论上研究了不同解调相位下信号的线型,给出了较好的解调相位.     

内调制技术和Pound-Drever-Hall技术对894.6nm倍频腔的稳频比较

为了对抽运源的稳频技术做出对比和选择,采用内调制技术和相位调制光外差技术,以周期性极化KTP晶体作为非线性晶体,实现了894.6nm连续光两镜驻波倍频腔的稳频运转。结果表明,在不同注入光功率下,用这两种方法锁定倍频腔后获得的蓝光功率基本相同;在最大注入光功率为350mW时,获得178mW的447.3nm蓝光,相应的转化效率为50.8%;在最大注入光功率下,利用内调制技术和相位调制光外差稳频技术获得的蓝光在2h内功率起伏分别为3.4%和2.3%。该研究对获得稳定输出的447.3nm蓝光用来制备铯原子D₁线的非经典光的实验是有帮助的。     

基于FPGA的2CPSK调制解调系统的设计

二进制绝对相位键控（2CPSK）,是数字通信系统中使用的一种信号调制方式。2CPSK的基本原理是利用数字基带信号控制载波相位的变化来达到传送数字信息的目的。这里详细介绍了基于FPGA的2CPSK信号的原理、设计和调试,并且通过QUARTUSII软件,在基于FPGA的实验板上设计了一种新的2CPSK信号的调制解调系统。并调试出结果,结果表明此设计能有效简化传统系统的设计,缩短整个系统设计周期,具有良好的实用性和较强的可操作性。     

数据传输系统的FPGA一体化设计与实现

当前的差分相移键控（DPSK）数据传输系统大多是采用独立的数据调制解调终端设备和收发信设备组成的,集成度低、可靠性较差,存在内部信号量化噪声。通过应用现场可编程门阵列（FPGA）加高速数字信号处理设计技术,将数据传输系统中的信号进行DPSK调制,基带到射频信号的数字上变频,以及信号的解调与射频到基带信号数字下变频进行一体化设计,解决了DPSK调制解调终端设备与射频信道设备相互独立所带来的集成度低、可靠性差,以及设备间信号变换引起信号受损等问题。     

一种基于CORDIC算法的高速高精度数字鉴相器

提出了一种基于CORDIC算法的高速、高精度数字鉴相器。该数字鉴相器根据正交解调原理测相,采用高速全流水线结构在FPGA上实现,利用CORDIC算法实现了数字下变频(DDC)和相角的计算。本方法不需要正交本振信号与参考信号严格同步,并且允许输入信号的频率与DDC的NCO频率存在一定频偏,便于工程实现。经时序仿真验证,系统工作时钟可达100 MHz,在30 dB的信噪比条件下,测相误差小于0.004 rad,样本标准差小于0.03 rad。     

Effect of laser-diode power change on optical heterodyneinterferometry

A dynamic interferometer with a frequency-ramped laser diode (LD) has been constructed that is based on an optical heterodyne technique. Effect of LD power change on the optical heterodyne interferometry has been investigated theoretically and experimentally. A general formulation of the interferometry has been presented in which the demodulation scheme is analyzed in the frequency domain by Fourier-transforming a beat signal. Phase errors caused by the LD-power variation alter sinusoidally with the same period as the interference beat signal. The error can be eliminated by using an amplitude-stabilized, frequency-modulated laser diode source in the interferometer. The stabilization of the LD amplitude can be achieved by a feedback system with a superluminescent diode as an external light-power controller     

基于软件无线电的DS/DQPSK调制解调器

一种基于软件无线电的数字DS/DQPSK调制和解扩解调器的FPGA实现方案。采用了调制前的基带成形处理、正交调制、数字匹配滤波解扩和延时差分解调等技术,直接对中频模拟已调信号进行带通采样,然后使用FPGA进行数字信号处理,完成基带数据的解扩解调以及基带时钟提取,不需要进行数字下变频,也不需要进行伪随机码同步捕获和载波提取,简单易行,具有一定的新意和较高的实用价值。     

一种基于DVB-C的初始解调电路的设计

本文介绍了一种基于DVB-C标准的初始解调电路设计,它综合了本地载波解调和简单序列解调两种实现方式,这两种方式的选择由IIC写入的寄存器值控制.文章重点讨论了本地载波解调中的直接数字频率合成器(DDFS)模块的设计.ModelSim仿真和PGA验证表明,本文设计的初始解调电路在28.8MHz的时钟频率下能正常工作,实现将数字信号解调至数字基带的功能.     

基于FPGA的无人机MLS中频接收机研究与实现

无人机着陆采用微波着陆系统(MLS)作导航系统具有很大优势,针对MLS信号高精度2DPSK解调和AM解调的要求,提出了一种基于FPGA的中频数字化解调方案;分析了改进科斯塔斯环法(Costas)实现载波同步及数字正交AM解调的原理;重点介绍了利用坐标旋转数字式计算机(CORDIC)算法实现数控振荡器(NCO)、鉴相、AM解调关键模块的设计过程。该算法采用流水线结构,只有加法和移位,资源消耗低、效率高、易于FPGA实现。应用VHDL硬件语言进行编程,采用同一电路完成了2DPSK解调和AM解调。仿真结果证明了方案的可行性和准确性,该方案可广泛应用于多种数字中频接收机,具有广阔的应用前景。     

M-ary FSK Performance for Coherent Optical Communication Systems Using Semiconductor Lasers

This paper describes the design and performance of anMary frequency shift keyed (FSK) signaling and demodulation scheme for an optical communication system using semiconductor lasers and heterodyne detection. Frequency or phase noise in semiconductor lasers causes spectral spreading, producing a nonzero linewidth laser signal. This degrades communication performance when compared to a system using an ideal laser with zero linewidth. We present estimates of the bit error rate (BER) performance ofM-ary frequency shift keying (FSK) with noncoherent demodulation in the presence of white Gaussian frequency noise and additive channel noise. This is typical of an optical system using semiconductor lasers and heterodyne detection. Estimates use the union-Chernoff bound with a simplified channel model to predict the effects of frequency noise. Two effects of frequency noise are identified: signal attenuation or suppression, and crosstalk. These cause an offset in the BER curve from the BER in the absence of frequency noise, and an error rate floor, respectively. The error rate floor is lower than previously predicted. When performance is not crosstalk limited,M-ary FSK is found to perform better than binary FSK with the same system bandwidth constraints, as would be predicted if ideal lasers are used. Theoretical results are compared with Monte Carlo simulations of the system.     

Passive demodulation of optical interferometric sensors

Two techniques for passive (no-feedback) demodulation of signals from a remote two-beam interferometric sensor are discussed. Termed "synthetic heterodyne" and "quadrature recombination," both methods are based on forced sinusoidal modulation of phase within the interferometer. If the phase modulation is generated by linearly proportional frequency modulation of the laser light source, then the interferometer, deployed by means of optical fibers, can be a completely passive remote sensor, and an array of identical sensors can be operated from one light source. The former technique, proposed by Cole, Danver, and Bucaro permits standard FM demodulation. The latter technique, proposed by Cable and Green, employs arithmetic operations that are appropriate to digital implementation. Constraints on application of the technique, especially frequency distribution and amplitude of phase noise (out-of-band) versus signal amplitude (in-band), are analyzed and an implementation is proposed that is consistent with Contemporary analog-to-digital conversion technology.     

基于FPGA的QDPSK调制系统的设计与实现

在分析四相相对移相QDPSK信号调制解调原理的基础上,设计一种由FPGA实现的改进的数字化QDPSK信号调制系统,在信号的调制过程中将码元的调制波形分为稳定区和过渡区,并通过调用不同包络衰减函数的正弦函数样值序列来产生调制波形,该系统调制信号高频分量少,解码误码率较低.文中给出了数字化QDPSK调制系统的电路模型图及仿真结果.     

一种突发模式下GMSK信号相干解调的方法

GMSK信号是一种连续相位调制方式,由于它具有较好的功率效率和频谱利用率,因此在无线通信领域得到广泛的应用。在此给出一种适合于数字化处理的突发GMSK调制信号的相干解调方式,利用基于FFT的载波频偏及符号时钟误差联合估计算法,实现前导字检测以及频偏和符号定时误差的估计和补偿。采用基于匹配滤波的前向位同步技术实现位同步,对存在残留频偏误差情况下该相干解调系统的解调性能进行了计算机仿真分析。仿真和实验表明,该解调方法具有良好的误码性能。