涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析（特邀）

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。     

用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计

雪崩光电二极管（APD）作为探测元件实现光电转换广泛应用于激光脉冲探测技术中。前置放大器是影响APD激光脉冲探测系统好坏的关键因素,前置放大器的信噪比决定了整个探测系统的信噪比优劣。提出了电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统以提高探测距离和探测精度的方法。讨论了激光脉冲探测技术和APD特性,在此基础上设计了以结型场效应管和集成运放为主要器件的低噪声电荷灵敏前置放大器电路并对设计电路进行了实验分析。实验结果表明：将电荷灵敏前置放大器应用于APD激光脉冲探测系统可以有效提高系统的信噪比,改善激光探测性能。     

用EDFA提高激光雷达的信噪比

提出了掺铒光纤放大器(EDFA)应用于激光雷达接收系统光学前置放大器以提高雷达探测性能和作用距离的方法.回波信号功率是影响雷达探测分辨率的因素,它随着探测距离的增大而减小.讨论了光电检测前放大回波信号的技术,结合激光雷达回波信号的特点对EFDA主要应用特性(增益特性、噪声特性)进行理论分析.建立了雷达信号传输模型,讨论了大气消光与大气湍流对回波信号的影响.将PIN-FET用作光电探测,给出了没有采用光放大和采用EDFA光学前置放大情况下的信噪比.数值模拟结果显示,将EDFA用作激光雷达接收机极大地提高了雷达系统的信噪比,探测距离越远探测性能的改善越明显.     

微弱光信号的光电探测放大电路的设计

分析了微弱光信号放大电路的基本工作原理,针对光电探测中对微弱信号放大带来的信噪比和稳定性问题,设计了一种低噪声光电信号放大电路,并给出了电路参数选择方法。     

一种利用多元化相关探测技术实现的红外激光报警装置

利用多元相关探测技术实现的红外激光报警装置由光学探测系统、信号放大与处理系统及显示报警系统三部分组成。其中,光学探测系统主要包括光学聚焦系统、多种滤光片及PIN光电二极管等;信号放大与处理系统主要包括阈值发生器、阈值比较器、前置放大器、主放大器、相关处理器、 模数转换器及8031单片机等;显示报警系统主要包括声告警器、光显示器及相应的存储电路等。文中不这详细介绍了探测器的基本原理,装置的基本结构及其主要技术指标,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法。     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

热释电BST薄膜红外探测器噪声分析及前置放大电路设计

针对热释电红外探测中微信号放大时的低信噪比问题,在分析热释电红外探测器及前置放大电路噪声来源的基础上,提出了一种热释电红外探测前置放大电路.电路仿真表明,文中所设计的前置放大电路具有低频特性好、高信噪比、高增益的特点,能有效放大微弱信号.     

一种新型超宽带光电探测模块的研究

为了满足光电探测系统的高速应用,采用了一种新型超宽带光电检测模块的设计方法,即在传统的光电转换基础上联合现代微波集成电路技术,通过同时采集PIN光电二极管阴极和阳极光电流,用两组不同带宽范围的放大器放大,最后用连续通带的双工器将信号合并,得到一种超宽带(直流～4GHz)、高响应度(4900V/W)的光电探测模块.结果表明,该方法不但获得了超宽带宽的光电探测模块,还解决了常见高速光电检测模块无法检测直流甚至一些低频光信号的问题.     

瞬变光探测系统前置放大电路的设计

光电探测器前置放大电路设计的好坏会直接影响整个检测系统的信噪比.为了提高对微弱光信号的检测精度,使用低噪声光电二极管和运算放大器,并选择光电二极管工作在光伏模式,设计出了光电探测器的低噪声前置放大电路.通过采用超前校正方法对由光电二极管结电容及运算放大器输入电容引起的相移进行补偿,克服了光电二极管寄生参数引起的转换电路...     

用于高速微弱光信号的平衡探测技术研究

长距离高速微弱光电探测技术在激光通信中应用广泛。为了在未被噪声湮没的环境中检测出所需的微弱信号,采用平衡探测技术对单管探测和平衡探测进行对比,并且对具体的平衡探测器电路进行了理论分析和仿真,得出了在一致性系数较大(k>0.6)时平衡探测器的信噪比优于单管探测的结论。从理论上分析了单管和双管探测的最小可探测光功率。结果表明,把平衡探测技术用于高速微弱光信号探测具有很大的优越性。     

1.55μm相干激光雷达系统的硬目标速度探测

为了实现激光雷达系统对硬目标的探测,设计了相干探测系统,引入平衡探测器优化本振的大小,并对漫反射硬目标速度进行了探测。结果表明,采用平衡探测器,优化本振的大小,可以有效地提高系统的信噪比,对漫反射硬目标的速率探测平均误差为0.49m/s,测量速率的方差为0.91m/s,实现了系统对漫反射硬目标速度的相干探测。这一结果对于相干测风激光雷达的研制是有帮助的。     

含噪声且较模糊的印刷电路板光电图像边缘检测研究

针对印刷电路板(PCB)光电图像在获取过程中 含有噪声和较模糊的边缘等各种原因,提出 了一种基于图像融合的含噪声且较模糊PCB光电图像边缘检测方法。首先,讨论了基于小波 变换 及Canny边缘检测算子的图像边缘检测法,分析了其基本原理。然后,结合两种方法的优点 ,提 出了基于图像融合检测方法的PCB光电图像边缘检测基本原理及中值滤波、增强去模糊、小 波分解、图像融合、图像去噪等步骤。最后,将由CCD成像系统及显微镜获取的主要含有高 斯噪声且较模糊的PCB光电图像用三种检测方法进行了主观实验对比,采用本文融合方法得 到的边缘图像效果最好,在抑制噪声的同时得到了连续的边缘;为了客观地评价PCB光电图 像边缘检测的效果,用峰值信噪比及图像边缘信息熵作为评价指标,采用本文方法的峰值信 噪比及信息熵的实验结果值都是最大的。     

基于相干探测的激光超声检测系统设计与实现

提出一种基于激光注入光纤相干的材料表面缺陷无损检测系统,将光学传感、空间光耦合及平衡探测技术有机结合,利用脉冲激光激励与单频激光探测手段,探讨激光超声信号在介质中的产生、传播与检测机理,并通过数据采集与LabVIEW图形化编程设计的上位机界面,对信号特性进行分析和处理。实验测试表明,采用激光注入光纤相干探测系统的信号检测,能减小系统噪声的影响,降低输出信号抖动,通过超声回波峰值信号突变,有效实现工件缺陷判断,为工程应用提供一种新的测量方法。     

新型光接收系统架构：应用于超大容量低成本的短距光互连

大规模数据中心等新兴网络基础设施的部署急需超大容量低成本的短距光互连系统。传统的直调直检系统拥有简单的接收机结构,但只能检测信号的强度信息,这限制了其系统容量的进一步扩展。经典的相干传输系统能够调制解调高阶信号进而实现大容量传输,但收/发端都需要昂贵的窄线宽激光器和高复杂度的数字信号处理,这阻碍了其在短距光互连中的广泛应用。新型的直接检测光接收系统旨在结合直接检测和相干检测两者的优点,弥补二者之间的研究空白。因此,新型的光接收系统架构主要基于自相干检测。介绍了新型单偏振、双偏振、少模光接收系统架构。该类新型的光接收系统不需要本振激光器且能通过直接检测恢复光场信号,实现超大容量低成本的短距光互连。     

相干激光雷达平衡式相干探测技术研究

为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素,采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式,分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器,并通过相干雷达样机,完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明,研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性,能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。     

基于声光偏转的载频相干探测研究

基于声光偏转和相干光探测原理,构建了频率测量系统.从改善空间光相干探测效率出发,提出一种将空间光经声光偏转后注入保偏光纤的信号处理方法,并具体讨论了如何利用准直-聚焦透镜的注入系统保证带宽内信号光的注入效率.实验结果表明,此测频系统能准确、实时测量信号的频率,在测频带宽内其截获率达到100%.     

相干激光雷达平衡外差探测方法的数值仿真

建立了相干激光雷达平衡外差探测的理论模型及其数学描述,包括响应电流模型和信噪比模型.在两个模型的基础上,对平衡外差探测与一般相干探测进行比较,分析出它在消除本振相对强度噪声、提高信噪比和充分利用本振光功率上的优势.最后利用MATLAB数值仿真,着重研究了平衡外差探测方法的信噪比,验证了其在相干激光雷达探测上的优越性,并...     

Combating/eliminating dispersion-induced fading using suppressed carrier link for OFDM signal

We investigate the performance of 20-GHz radio over fibre (RoF) system having orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) as radio signal using two modulation techniques – balanced detection for intensity modulation direct detection (IMDD) and coherent heterodyne detection suppressed carrier (SC) modulation. Dispersion-induced power fading is seen in conventional IMDD links due to the dependence of dispersion over frequency-dependent refractive index of the fibre. SC link is seen to compensate the power fading by terminating the direct current and even-order harmonics with the suppression of carrier along with balanced detection.     

Experimental linewidth-insensitive coherent analog optical link

We constructed an experimental linewidth-insensitive coherent analog optical link. The transmitter utilizes an external electro-optic amplitude modulator and a semiconductor laser. The receiver consists of a heterodyne front-end, a wideband filter, square law detector and narrowband lowpass filter. We performed experimental measurements and theoretical analyses of the spurious-free dynamic range (SFDR), link gain and noise figure for both the coherent AM and the direct detection links; we investigated the dependencies of the foregoing parameters on the received optical signal power, laser linewidth, IF bandwidth, and the laser relative intensity noise (RIN). By selecting a wide enough bandpass filter, we made the coherent AM link insensitive to laser linewidth. The coherent AM link exhibits a higher SFDR than the corresponding direct detection link when the received optical signal power is less than 85 μW. The noise figure for the coherent link is greater than that for the direct detection link under all conditions investigated. For received optical signal powers greater than 4 μW, the link gain for the direct detection link is greater than that for the coherent AM link. The following are the link parameters that have been achieved for the coherent AM link investigated: SFDR=88 dB·Hz^2/3, link gain=-25 dB and noise figure=78 dB; this performance has been obtained with a received optical signal power of 85 μW, and a local oscillator power at the photodetector of 228 μW. The link performance can be further improved by auxiliary subsystems such as a balanced receiver and impedance matched transmitter and receiver ends; and/or by using better optical and electrical devices like higher power lasers, linearized optical modulators, low-noise and high gain RF amplifiers, and optical amplifiers,