水中布里渊散射的边缘探测方法

提出了一种测量水中布里渊散射的新方法——边缘探测技术。分析了这种方法的原理。结合布里渊散射激光雷达在海洋监测中的应用,给出了一个基于溴和碘分子吸收池的实际探测系统,并给出了系统的响应函数。最后,讨论了边缘探测技术的特点     

采用温控和碘吸收池技术的发射激光稳频技术

多普勒测风激光雷达通过分析系统回波信号的多普勒频移反演出风速，为提高风场探测精度，从稳频技术方面展开研究。在稳频过程中，分别采取措施消除激光频率的长期漂移和短期抖动。针对激光频率的长期漂移，设计并研制了种子激光器温控箱，通过水浴的控温方式大大减小了激光频率的长期漂移，将激光频率稳定在±50 MHz以内；针对激光频率的短期抖动，采用以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统，通过半导体控温方式对碘分子吸收池精确控温，控温精度达0.03 ℃，提高了稳频精度，将激光频率进一步稳定在±8 MHz以内，满足±10 MHz以内的设计精度要求。通过搭建多普勒测风激光雷达系统，对发射激光稳频装置进行系统验证，连续4组风场观测结果表明:系统探测高度为17 km，绝大部分方差在4 m/s以下，满足测风激光雷达测量指标的要求。     

星载海洋剖面多要素探测技术与系统研究

海洋立体结构信息是未来实现海洋透明与海洋强国的基础,针对海洋剖面探测能力不足的问题,以及星载海洋剖面多要素同源同域一体化探测空白,开展星载海洋剖面多要素探测技术与系统方案研究,提出新型激光主被动复合、能谱复用探测技术体制,面向未来星载应用,完成星载海洋剖面多要素探测载荷系统设计。其中,激光器谱段设计为486、532 nm多波长一体化最佳配比输出,光电接收探测系统选用1 m×5 m超大口径可折叠光栅主镜,经过仿真分析,探测系统可实现大洋水深100 m深度、温度、盐度以及后向散射系数等多要素同源探测能力,同等体积包络条件下,能量收集能力提升5倍。     

高光谱分辨率的海洋碳颗粒剖面探测系统仿真

海洋是全球碳循环过程中的重要环节，从浮游植物光合作用开始，碳在海洋中沿食物链传递，以颗粒有机碳(POC)形式存在。对海洋中颗粒有机碳含量的探测，将对海洋碳汇能力的评估起到重要作用。在干净大洋水体中，激光雷达可根据浮游植物引起的光学性质变化实现剖面信息的探测，因此对基于高光谱分辨率技术的海洋颗粒有机碳浓度剖面探测系统性能进行了仿真分析。利用激光雷达方程对探测系统在大洋水体的最大探测深度进行了仿真；利用碘分子吸收池作滤波器，并结合大洋水体的透射窗口和激光器的工程设计，分析了不同载荷平台下探测系统的最佳工作波长。仿真结果表明，在满足单次探测系统信噪比为5的探测要求时，大洋水体50 dB动态范围下的探测深度平均在80 m；船载、机载平台探测系统最佳工作波长为532.245 1 nm和532.292 8 nm。     

高功率碘稳频He-Ne激光波长参考源

为满足精密测量对高稳定激光单色光源功率的要求,研制了全封闭、一体化结构的高功率碘稳频He-Ne激光系统。对该系统所采用的饱和光谱探测原理、吸收峰识别与锁定方法以及激光波长的稳频效果进行了研究。首先,介绍了三次谐波方法探测饱和吸收光谱的基本原理,分析了其消除功率背景的方法。接着,分析了碘稳频激光中一体化谐振腔的稳定性,详细讨论了谐振腔轴向膨胀和横向非对称形变对输出功率的影响。然后,分析了激光输出功率与碘分子饱和吸收峰之间的对应关系,介绍了利用二次谐波信号实现吸收峰识别的可行性,并展示了高稳定谐振腔的长时间锁定能力。最后,分析了高功率碘稳频He-Ne激光波长的稳定度与复现性。实验结果表明:高功率碘稳频He-Ne激光波长抖动标准差为33 kHz,1 000 s稳定度达到4.1×10?13;三个月内激光波长的复现性达到3.3 kHz （7.0×10?12）,与国际计量委员会推荐的频率差为3.0 kHz。     

分布式光纤温度传感器信号处理的方法与实现

分布式光纤温度传感技术是近年来发展起来的一种新型传感技术，它利用一根光导纤维作为温度信息的传感和传导介质，可以测量整个光纤长度上的温度变化。分布式光纤温度传感器的信号处理技术，是将探测器输出的信号尽可能地去除干扰和噪声，从而得到准确而快速的温度显示和温度数据，这在解决大型重要结构的实时监控、准确测量等问题以及在组成智能材料结构等方面具有重要价值和应用潜力。文章对基于反斯托克斯／斯托克斯比值的分布式     

面向海洋应用的光纤光栅温度传感器研究进展

有效的深海探测技术是获取海洋环境和资源信息的重要方式,也成为当前海洋领域内的研究重点,而海水温度是海洋探测研究关注的重要物理量之一。光纤光栅温度传感器凭借其独特的传感优势已广泛应用于航空航天、石油化工等领域,但对于海洋环境监测领域渗透较少。本文简述光纤光栅基本原理、结构及性能,并与传统测量方法进行比较,重点研究了近几年国内外光纤光栅温度传感器在海洋探测领域的最新研究进展,通过分析指出光纤光栅温度传感器是对现有传统海洋温度探测器的重要补充,在此基础上对于未来海洋光纤光栅温度传感器的研究方向提出了一些建议。     

基于边缘探测技术的激光雷达系统设计

基于边缘探测技术的激光雷达系统中,确定分子吸收池滤波器的吸收光谱谱线,以及确定发射激光信号的中心频率,是实现激光雷达系统设计的核心问题。依据不同信道中布里渊散射的特性,仿真出碘分子吸收池在470~550 nm区间的吸收光谱,在此基础上确定激光雷达系统激光中心频率的选取和鉴频器的设计方法。以大气和海水典型信道为例,论证了该方法在基于边缘探测技术的激光雷达中的实际应用。     

用红外激光鉴定分子键

威斯康星 -麦迪逊大学的研究人员将红外激光聚焦到小样品上 ,以获得仅可探测到的分子振动。该技术除传统的红外光谱外 ,还提供分子内不同键或分子间连接的信息。开发者称之为双振动增强(DOVE)四波混频 ,其本质是二维核磁共振光谱术的光学模拟 ,可用于研究生物系统 ,特别是蛋白质等复杂材料。该技术与核磁共振相似 ,将激光调节至两个分子振动的频率处。但它是用激光模拟感兴趣的分子振动 ,可记录分子内和分子间连接的光谱特征。四波混频技术基于这样的作用 :当三束重叠激光在样品中诱发非线性偏振时 ,产生第四个输出波。三个激光频率组合与…     

一种新的红外焦平面器件非均匀性自适应校正算法

提出了一种新的红外焦平面器件非均匀性自适应多点校正算法，该算法利用自适应滤波技术获取探测器在某一定标辐照度下稳定工作时的权值，并利用该权值去除探测器实时输出图像的温度漂移，最后对去除温度漂移的图像进行三次样条插值多点校正，具有校正精度高、动态范围大和易于工程实时实现等优点．     

基于TDLAS的气体检测技术算法

可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS）技术是一种具有高灵敏度、高分辨率的气体吸收光谱检测技术,具有响应快、精度高、单模特性优秀、通用性强等优势。TDLAS直接吸收法通过测量绝对吸收强度来计算待测气体温度和浓度,但容易受到颗粒物浓度、激光强度波动等影响。TDLAS波长调制法采用高频正弦信号对激光器进行调制,使得激光输出频率和强度同时受到调制,具有高信噪比和灵敏度的特点,但是需要通过标定实验或复杂的算法来确定气体参数。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,并在此基础上分析谐波信号与待测气体绝对吸收强度之间的关系,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以NH3分子在1 531 nm附近的谱线为例进行数值分析,发现调制幅度达到a=0.032 cm-1（调制系数m=2）时,仿真结果与理论计算结果（a=0）相对误差不超过2%,进一步验证了算法的可靠性与准确性。     

光子计数激光雷达游走误差与时间抖动的研究

光子计数激光雷达具有灵敏度高、体积小等特点,是未来远距离探测激光雷达的发展方向。光子计数激光雷达在探测时会产生游走误差,从而影响系统的测距精度。文章就游走误差与探测器时间抖动之间的关系进行了理论分析与实验验证。首先,基于激光雷达方程、单光子探测器时间抖动与光子计数探测的概率统计特性,建立了激光回波信号与探测器时间抖动的数学模型;然后使用该模型进一步推导了探测器时间抖动与游走误差之间的关系,计算分析与仿真实验都表明:系统的游走误差与探测器时间抖动呈正相关关系。最后,使用拥有不同时间抖动的单光子探测器进行了实验,实验结果表明:当探测器时间抖动标准差分别为15,350和1152ps时,游走误差分别为0.88,2.55和12.56cm。     

基于边缘探测技术的激光单稳频指标分析

基于边缘探测技术的激光雷达实际应用中,激光器在工作中发射光信号的中心频率会发生漂移,激光频率的漂移过大,会直接影响边缘探测系统的测量精度。采用仿真计算的方法得到碘分子吸收滤波器在470nm~550nm范围内的吸收光谱谱线,以基于边缘探测技术的激光雷达监测大气信道和海洋水下信道环境参数为例,得到适合大气和海洋探测吸收谱线并确定发射激光信号的中心频率。通过理论分析,给出了满足探测要求的激光发射信号单稳频指标,为实际探测系统的设计奠定基础。     

三红外火焰探测器软件算法设计与实现

通过对三红外火焰探测器软件算法的研究,提出一种三红火焰探测的具体软件算法实现方案,该算法融合了阈值法、信号间数字相关分析法和平均功率法解决三红外火焰探测问题,同时通过具体编程及试验验证,实现了三红外火焰探测器远距离探测技术要求,完成了软件算法的具体实现。试验结果表明提出的方案可行,算法能够有效提高三红外火焰探测器探测灵敏度,降低虚警率。     

基于Bang-Bang和PID复合控制的红外探测器温控系统设计

红外探测器作为星载偏振探测载荷的核心部件,用于实现短波红外波段辐射偏振信息的光电转换。为保证应用性能,需要对探测器进行精密温控,保证其工作在较低且稳定的温度以降低探测器热噪声和暗电流。本文介绍了一种红外探测器温控系统,采用FPGA控制完成温度信号的采集并输出控制信号,数模转换器控制三极管驱动电流完成半导体制冷器的驱动,采用Bang-Bang和PID复合控制算法完成探测器的精密温控,测试结果表明,温控精度优于±0.1℃,温度稳定时间小于6 min,可将探测器在较短的时间内控制在目标温度范围内,为实现短波红外波段的高精度偏振信息测量提供保障。     

多通道PPLN波导温度控制方法

转换效率是周期性极化铌酸锂（PPLN）波导的主要性能指标，其与温度具有很强的关联性。受限于工艺问题，波导各个通道之间的一致性很难保证。提出一种多通道波导的温度自动控制方法，该方法通过FPGA芯片获取与多通道波导对应的多个单光子探测器探测到的光子数，并通过相应均衡算法来处理各个通道的光子数，从而确定多通道波导的最佳温度工作点，达到自动调节波导温度的目的。通过FPGA实现半导体制冷片（TEC）驱动控制、具有主动淬灭和快速恢复功能的单光子探测器，并通过均衡算法实现多通道波导温度的自动控制，实现探测效率更均匀的多通道上转换单光子阵列探测器，极大地减少前期人力投入，避免人为因素导致的误差。     

转动能级拉曼抽运技术在NO2激光探测雷达中的应用

差分吸收激光雷达(DIAL)是目前探测大气污染成分最有效的方法之一.介绍了一种新型NO2激光探测雷达(NO2-DIAL)差分吸收光源的设计:选择Nd:YAG的三倍频输出激光作为λon(354.7nm),并采用该三倍频激光的圆(或椭圆)偏振光抽运D2拉曼池,选择其中距抽运光波长最接近的第一级纯受激转动拉曼散射光作为特征吸收波长λoff(359.9nm).抽运光的偏振态调制采用1/4波片调谐技术方便地测定和实现.这一方法保证了两个差分激光的中心波长稳定、频漂小、线宽窄,同时系统只需使用一个拉曼池,即可获得同轴性很好的两束激光输出,在技术指标的提升和经济性两方面都具有很大的优势.     

空间编码复用散斑多信息融合关联成像(特邀)

提出空间编码复用散斑技术来实现单个单像素探测器对多个物体信息的同时探测获取。使用空间编码复用散斑对多个物体信息进行照明,使用单像素探测器对回波信号进行探测,利用关联算法获取混叠多物体信息,然后用空间编码信息对随机采样的多个物体信息进行解码,最后采用压缩感知技术对完整的多个物体信息进行复原。使用该技术分别实现了对多空间、多光谱和多偏振信息的同时探测获取,实验结果证实了该技术的有效性,该技术可有效降低系统数据量,提高关联成像系统的成像效能。     

四像限光电探测器的光路数学模型

探测器数学模型是探测器实施精确探测的基础。通过分析探测器光路建立了一个较为完整的四像限光电探测器的光路数学模型．考虑了探测器在安装过程中发生的偏移位置及其偏移量、光敏面的离焦量、探测器结构参数等对光信号到电信号的转换的影响。在建立俯仰偏移、横滚偏移和方位偏移三种特定情况下探测器模型的基础上．给出了探测器的三自由度安装位置、光敏面的离焦量、光信号等与输出信号的一般关系式。比较在给定相同光路参数条件下探测器光路数学模型的理论输出信号波形与实测输出信号波形，结果表明，两者信号波形相似。比较模型输出与实际输出信号的两个特征参数．即信号过零点的切线的斜率与截距，可以发现，特征参数的差别小于0．01，因此。四像限光电探测器数学模型的输入输出关系与探测器实际输入输出关系是一致的，可以用该模型实施探测器探测。这为光电探测器进一步的研究与应用．实现无实验样本探测提供了参考。     

高性能锑化物超晶格中红外探测器研究进展（特邀）

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段，在各个领域都有着非常重要的作用。其中，以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器，由于去除了Ga原子的缺陷，具有更高的少子寿命，有利于提高探测器性能。此外，使用光子晶体结构，进行表面光学性能调控，可以提高器件的响应度，从而降低材料吸收区厚度，降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升，进一步优化了探测器的性能，进而提高器件工作温度，进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明:使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下，提高器件量子效率，实现响应光谱的展宽，在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题，详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。