基于905 nm激光器的激光跟踪系统研究

通过对四象限光电探测器结构及激光跟踪原理的分析,利用905 nm半导体激光器作为指示光源,制作了一套四象限光电定位跟踪系统。在室内实现了搜索和跟踪定位,对8 m处的目标进行了跟踪,并测试了激光的发射波形以及展宽电路的采样信号,跟踪精度达±2.5 mrad。通过实验对该系统进行的跟踪测试,证明该系统不但体积较小而且稳定、准确。与传统的激光跟踪系统相比,半导体激光跟踪系统可以适应更多的应用环境,有着更加广泛的应用前景。     

基于四象限探测器进行太阳跟踪的偏差分析

为了实现基于四象限探测器的太阳自动跟踪,首先分析了四象限光电探测器工作原理,并说明了选择四象限探测器的依据,介绍了使用四象限探测器进行太阳跟踪的装置,深入研究了太阳光斑几何位置与小孔光阑、四象限探测器安装位置可能存在的偏差影响,对四象限探测器与Ⅰ-Ⅴ转换电路系统进行了一致性分析,评价了一致性对跟踪精度的影响,最后介绍了跟踪时四象限探测器电压值存在偏差的原因和合理性.实验证明,基于四象限探测器的跟踪装置适用于高精度太阳跟踪.     

温度对激光光斑跟踪不确定度的影响

对激光束四象限跟踪系统各通道输出电压随温度的变化进行了实际测量，建立了一种校正光斑中心坐标的模型，用于补偿温度变化导致的偏移量；采取控制电路系统工作温度的措施，减小光斑定位的不确定性；根据探测系统光电信号处理方式，用各象限接收的脉冲光强幅度值表述探测光束为调制脉冲串时光束中心坐标。通过测试四象限跟踪系统的输出特性，确定该系统的线性工作范围，以便保证光斑位于四象限探测器的最佳测量区域；控制电路系统环境温度后，系统跟踪分辨率达到1 m，取决于单片机控制的步进电机步进准确度。     

激光对四象限光电探测器破坏实验研究

本文对强激光破坏光电探测器进行理论分析,并对激光破坏四象限硅光电池进行实验研究。     

激光损伤四象限探测器对制导武器的影响

对激光损伤四象限探测器对制导武器的影响进行了研究。首先,简述了激光硬损伤光电探测器机理和四象限探测器目标探测定位原理;接着,建立四象限探测器模型,针对不同损伤情况,计算了归一化探测曲线和探测器偏移量;然后,将不同损伤情况下的角偏差信号送入激光制导炸弹运动控制模型,得到了不同四象限探测器损伤状态下激光制导炸弹弹道曲线;最后,分析了四象限探测器不同损伤距离下激光制导武器的脱靶量。研究表明,四象限探测器损伤程度和损伤距离都会对激光制导武器产生影响。该研究结果对大功率激光压制半主动激光制导武器效果评估有一定帮助。     

激光导引头探测能量分布的建模与仿真

为了实现光电对抗装备对抗效果的评估,为某型激光导引头仿真模型的子模型建立了四象限探测器模型并进行了数学仿真。提出了快速计算激光光斑落在四象限探测器每个象限的光斑能量的方法,即激光光斑象限能量分割模型,弥补了传统和差电路定向法的不足。结果表明,建立的四象限探测器模型能够模拟四象限探测器的工作过程,并且具有易实现、运算速度快等优点。这对于提高某型激光导引头数学仿真系统的可信度和真实性,以及提高该系统的实时仿真速度是有帮助的。     

XY-2号卫星激光通信载荷PAT在轨测试

针对低轨小卫星星座的通信需求，设计了基于双棱镜和四象限雪崩光电二极管(QAPD)结构收发同轴的激光通信载荷，该方案是无信标光体制，具有体积小、轻量化和大视场的特点。文中针对双棱镜结构，给出了双棱镜输入输出光线的计算模型，在此基础上，提出了星间指向、捕获和跟踪的实现方式，并在XY-2号卫星上进行了在轨测试和验证，进行指向测试时，更新了指向偏移量，标定了QAPD跟踪点，并进行了双向建链测试。进行了15次双向建链测试表明，该激光通信载荷捕获时间小于20 s，捕获成功率达到100%，捕获后双星建链时间优于2 s，建链测试成功率达到了93%，建链后跟踪精度RMS值小于30 μrad。     

中心带雪崩光电二极管的InGaAs PIN四象限探测器

介绍了研制的中心带雪崩管的PIN四象限InGaAs光电探测器.这种光电探测器PD芯片具有一个平面结构的InGaAs PIN四象限光电二极管,其中心位置带有一个雪崩光电二极管,位于同一晶片上.探测器的5个PD芯片被安装在各自厚膜集成的前置放大器上,同时封装在一个带光窗的金属壳体中.中心雪崩探测器和四象限探测器的电压响应度、响应时间、等效噪声功率分别为:2.5×105 V/W(1 550 nm)和0.95×104 V/W(1 550 nm);7 ns和20 ns;0.15×10-12 W/Hz1/2和4×10-12W/Hz1/2,象限间串扰小于3%,象限内不均匀性小于5%.这种探测器可同时用于人眼安全激光测距、激光定位和跟踪.     

机载武器四象限测角制导新算法

通过对传统四象限测角算法误差的分析，提出了一种用于机载武器的四象限测角的高精度快速跟踪算法，并对其进行了分析。     

四象限探测器用于激光跟踪仪目标脱靶量测量

介绍了基于四象限探测器的激光跟踪仪目标脱靶量测量系统。根据四象限探测器的工作原理和跟踪激光的光斑特性,分析得出目标脱靶量与四象限探测器输出电流信号的关系为非线性。针对非线性关系不易快速解算的难题,文中采用了分段线性插值算法。使用高精度位移平台对测量系统进行标定并开展了测量实验。结果表明,该系统测量速度快,每秒测量次数可达600次以上;测量精度高,在±500μm量程范围内测量精度可达5μm。该系统可以广泛应用于需要微小位移测量的相关领域。     

基于数字图像处理的尾矿坝位移监测

介绍一种用激光准直法对尾矿坝位移进行监测的方法,采用基于三点法准直原理的激光准直和光探测器技术的尾矿坝位移监测系统.利用激光的方向性强,亮度高和单色性等优点,在固定工作基点上的光电探测器上获取光斑,通过求取像点中心位置,进而得到大坝的变形.该方法具有精度高,可同时对尾矿坝的水平位移和垂直位移进行检测的优点.     

激光触发光导开关产生超短电磁脉冲的实验研究

本文介绍了用光导开关和微带线结构产生电脉冲的实验装置,研究了激光能量和偏置电压对光导开关输出超短电脉冲的影响和三种尺寸光导开关的特性,测得了一种低掺杂Cr:GaAs材料的载流子寿命约为1.8ns,显示了这种装置用作高速光探测器的可能性。     

高功率共振腔增强型光电探测器研究进展

共振腔增强型光电探测器(RCE-PD)作为一种新型光电探测器,具有高量子效率、高响应度和波长选择性等优点,成为目前光纤通信领域中最为重要的探测器之一.在数字和模拟光传输系统中,高功率探测器由于具有高信噪比、低插入损耗等优点,在国际上越来越受到重视.综述了这两种探测器的基本结构、发展状况,展望了其发展前景等.指出高功率共振腔增强型光电探测器将是今后最有发展前途的探测器.     

金纳米粒子-黑磷异质结的光学性能研究

为了改善黑磷(BP)光探测器因BP的弱光吸收导致的光电流小和在空气中不稳定的问题,采用加热蒸发金纳米粒子(Au NP)水溶液的方法将Au NP集合到BP光探测器的表面,增强整个结构对光的吸收率和稳定性,并通过改变Au NP水溶液的加热温度控制Au NP的密度分布。结果表明,当Au NP的密度分布达到4.5×109 cm^-2时,Au NP-BP光探测器的光电流从1.02μA(BP光探测器)增加到13.36μA(电压=1 V),光响应度也相应地增加了12倍。同时,Au NP-BP光探测器的电流值在空气中保持数天无明显变化且暗电流较低。Au NP能够有效地提升光探测器的性能,有助于光探测器的实际应用。     

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。     

基于THz-QCL自混合干涉的运动传感

基于自混合干涉效应的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)相干测量系统是一种极其灵敏的传感系统。相比于传统的激光测速技术,自混合干涉具有光路自准直、无需额外光电探测器和混频器等优势,使系统的结构更加紧凑;而且,使用太赫兹波进行相干测量,有望提升测速上限。本文采用THz-QCL的自混合干涉技术,研究了系统对于两独立运动目标物的非线性动力学响应特性,给出了自混合信号的多普勒频谱,并通过频谱分析,获得了两目标物的运动速率及方向。研究结果证实了利用THz-QCL自混合干涉系统对目标物进行运动传感的可行性,为高速运动的多目标物测速提供了新的技术手段。     

谐振腔增强型光探测器的高速响应性能研究

高速长波长光探测器是高速光纤通信系统和网络的关键器件，它要求光探测器具有宽的频率响应带宽和高量子效率。常用的PIN光探测器由于量子效率和高速性能均受到吸收层厚度的牵制，使得二者相互制约，成为一对矛盾。谐振腔增强型(RCE)光探测器为这一矛盾的解决提供了有效的方案。基于谐振腔增强型光探测器的实际设计和制作模型，分析了器件吸收层中的光场分布，并将其运用于载流子的连续方程，从理论上详细地分析了器件的高速响应特性，给出了计算结果。针对研制的高速长波长谐振腔增强型光探测器，进行了理论分析和实际器件测试的结果比较，得到了比较一致的结果。     

硅光电探测器阵列

以获得高量子效率的pin硅光电探测器阵列为目标,对影响pin硅光电探测器阵列量子效率和暗电流的重要因素展开了分析,此外针对探测器入射面的抗反射层结构进行了理论分析与模拟的仿真研究.流片测试结果表明,实验样品LPD型硅光电探测器阵列的单像素暗电流为2～7 pA,低于滨松S11212型商用光电探测器;结电容为45 ～ 46 pF,光响应值为0.37～0.39 A/W(仅比S11212型器件低约0.25％).LPD硅光电探测器阵列通过耦合碘化铯晶体并封装之后,放置在物品安检机上进行扫描成像,测试结果表明:LPD硅光电探测器阵列可以在X光机165 kV,0.8 mA时穿透40 mm厚的铅饼清晰成像.LPD硅光电探测器阵列的整体灵敏度和商用S11212型光电探测器性能相当,没有明显区别.     

基于线性优化模糊C均值算法和人工神经网络的光照传感器布局方法

针对目前光照传感器的布局方式计算量大、能耗高,易受人为因素的影响,难以准确地预测室内日光强度等问题,该文提出一种基于线性优化模糊C均值算法(LOFCM)和人工神经网络(ANN)的光照传感器布局方法。LOFCM算法利用线性优化(LO)稀疏权重矩阵后,使用模糊C均值(FCM)筛选数据,确定工作面光照传感器布局。随后,使用ANN分别训练工作面光照传感器测量值与4组辅助光照传感器测量值之间的非线性数学模型。实验结果表明,该文提出的基于LOFCM算法在保证计算工作面平均照度和均匀度准确的情况下,工作面光照传感器的数量比对比方法减少了37.5%。此外,在4组辅助光照传感器布局中,墙壁和窗户布局方式具有较好的预测精度,为预测室内日光强度提供了更加准确的预测方式。     

Monolithic millimeter wave optical receivers

A single stage monolithic millimeter wave optical receiver circuit was designed and fabricated using a metal-semiconductor-metal (MSM) photodetector and a pSeudomorphic Modulation Doped Field Effect Transistors (SMODFET) on a GaAs substrate for possible applications in chip-to-chip and free space communications. The MSM photodetector and the SMODFET epitaxial material were grown by molecular beam epitaxy (MBE). Device isolation was achieved using an epitaxially grown buffer between the MSM detector layers and SMODFET. The photodetector was designed for maximum absorption at optical wavelength of 770 nm light and the SMODFET impedance matching network was optimized for 44 GHz. The monolithic millimeter wave optical receiver circuit achieved 3 dB gain over a photodetector at 39 GHz, which was the limit of the measurement system. TOUCHSTONE model of the circuit indicated 6.6 dB gain over the photodetector and 5.7 dB total gain including the insertion loss of the photodetector at 44 GHz