基于单光子探测器阵列的光谱测量系统

针对目前商用光谱仪无法在极微弱光测量环境下实现光谱探测的问题,提出一种基于单光子探测器阵列的光谱测量系统,利用单光子探测器在极微弱光环境下的探测能力,将虚像相位阵列(VIPA)和反射式衍射光栅构成的二维色散结构与单光子探测器阵列相结合,并通过实验测试得出系统的二维分光效果、相对光谱透射比曲线以及单光子探测性能。实验结果表明:该系统不仅灵敏度高,还实现了0.006 nm的波长分辨率;与目前普遍采用的基于时间相关单光子计数的光谱测量系统相比,该系统具有更优的波长分辨率和更大的测量带宽。     

光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列

为了降低传感器系统的成本及体积,利用光纤激光传感单元的特性,采用光开关选通的光纤激光水听器时分复用技术,构建了实用的基于光开关的4元光纤激光水听器时分阵列。进行了理论分析和实验验证,分析了使用光开关选通的光纤激光水听器时分复用阵列方案的选通脉宽和损耗,指出了各通道光脉冲对干涉信号的采样率的限制因素。结果表明,光开关选通的光纤激光水听器时分阵列可以很好地完成复用信号的采集和复用,实验中4元时分复用水听器相邻通道的串扰为-17dB。     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统.将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路.此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2h内连续光谱检测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征光纤光栅温度感应.实验结果表明此传感系统实现了50℃到1000℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.9975,波长·温度灵敏度为13.8 pm/℃.     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

186 MHz低幅度噪声掺铒光纤飞秒激光器

飞秒激光器是激光频率测量系统——飞秒光梳的核心部件,其噪声、重复频率、脉冲宽度、光谱等参数决定了它在应用中的表现。报道了用于9.2GHz基于光学腔超稳微波源的掺铒光纤飞秒激光器的研制。该激光器采用环形腔结构,重复频率为186MHz,直接输出功率为120mW,光谱中心波长为1550~1600nm。采用动态信号分析仪测试了双边带噪声功率谱,结果显示:研制的飞秒激光器自由运转时,1 Hz处双边带幅度噪声为-118dBc/Hz,在10Hz到100kHz频率范围内幅度噪声小于-130dBc/Hz。     

微弱信号锁相检测的电路研究

在利用红外光谱技术进行工业检测的系统中,有用信息通常是淹没在强噪声背景中的微弱信号,因此可采用微弱信号检测技术中的锁相放大器来实现有用信号的提取。该文阐述了微弱信号检测的基本原理,比较了不同参考波形的优劣。设计运用AD630作为相关乘法器的锁相放大器,实现了在强噪声环境中有效地提取信号。测试结果表明,该电路结构简单,线性度高,信噪比得到改善可达62dB。     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

激光光声光谱及其在化学研究中的应用

光声光谱是七十年代复兴起来的先进光谱技术之一。它具有很高的灵敏度和极好的适应性，在科学研究与工业分析很多方面，特别在传统光谱不可及的方面显示突出的优越性和特异性。尤其是以激光作为光源的激光光声光谱，其灵敏度和分辨率更高，适用于检测微弱信号的多种场合。     

光谱型太阳辐射观测仪光学系统设计

为了实现太阳光各波长下观测,针对现有的太阳辐射观测仪光谱测试范围窄、光谱分辨率低的缺点,提出了一种运用光谱测量技术实现高分辨率太阳观测仪光学系统的设计方案。结合太阳辐射观测仪的使用环境与太阳光的特点,利用光纤、余弦校正器等器件设计了太阳辐射观测仪的收光系统。根据太阳光的光谱范围以及光谱分辨率的要求,设计了多通道、高分辨率的太阳辐射观测仪分光系统。实验与设计结果表明:光谱分辨率优于20 nm,能够实现太阳的光谱观测。满足太阳辐射观测仪宽光谱、纳米分辨率等要求。     

基于高斯函数的光谱叠加信号处理仿真研究

针对重金属离子敏光纤传感器阵列光谱信号叠加引起的多种离子浓度测量误差较大的问题,采用高斯函数对重金属离子敏光纤传感器阵列信号进行建模。在利用Matlab对光纤传感器阵列光谱叠加信号进行分离和相对误差分析的基础上提出了一种误差修正的方法。从仿真结果可知,这种算法可以减小由于重金属离子敏感膜的离子间干扰引起的光谱重叠误差,为实际光纤传感器阵列的制作和光谱信号处理提供了理论依据。     

Design and implementation of the optical fiber control and transmission module in multi-channel broadband digital receiver

An optical fiber control and transmission module is designed and realized based on Virtex-7 field programmable gata array （FPGA）, which can be applied in multi-channel broadband digital receivers. The module consists of sampling data transfer submodule and multi-channel synchronous sampling control submodule. The sampling data transmission in 4× fiber link channel is realized with the self-defined transfer protocol. The measured maximum data rate is 4.97 Gbyte/s. By connecting coherent clocks to the transmitter and receiver endpoints and using the self-defined transfer protocol, multi-channel sampling control signals transferred in optical fibers can be received synchronously by each analog-to-digital converter （ADC） with high accuracy and strong anti-interference ability. The module designed in this paper has certain reference value in increasing the transmission bandwidth and the synchronous sampling accuracy of multi-channel broadband digital receivers.     

一种基于光纤AOTF的扫频光源

扫频光源是扫频光学相干层析（SSOCT）的关键器件。高质量的扫频光源可以提高系统的成像速度、分辨率和信噪比。该文采用光纤声光可调滤光器（FAOTF）、保偏半导体光放大器（PMBOA）、光纤隔离器和光纤耦合器搭建了环形腔结构的扫频光源,实验得到一种全光纤扫频光源,其扫频速率为100 kHz,扫频范围为119 nm(1 550.146 2~1 619.470 0 nm),单光谱3 dB带宽可达0.096 6 nm,平均输出功率12 mW。该扫频光源具有扫频范围广、速度快、相干性好等优点,在SSOCT系统中具有一定的实用价值。     

基于OMAP-L138平台多通道手持频谱分析仪研究

针对部分特殊场合对频谱分析仪使用需要多通道、便携等需求,设计了一种通道数最多支持64通道的手持多通道频谱分析仪。该频谱分析仪以美国德州仪器公司推出的DSP＋ARM双核CPU芯片OMAP—L138为平台,采用多通道A／D转换器进行数据采集,使用QT开发GUI界面对系统进行控制和数据显示,能实现频谱分析、失真测量、信号采集、多通道数据对比分析等功能。测试结果表明：本设计能完成信号采集及频谱分析功能,并拥有较小的采集频率误差,误差值≤1％。     

高速率并行光发射模块的研制

介绍了有关并行光发射模块设计与制作的最新进展,制作并测试了12信道并行光发射模块,单信道传输速率大于2．5Gbit／s（最高可达3Gbit／s）,12信道并行总传输速率为30Gbit／s。模块采用波长为850nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）作光源,激光器与驱动电路芯片直接用Au丝连接,输出光束直接耦合进入12信道的光纤阵列中,在单信道8mA的工作电流下,可以测到最高为3Gbit／s的清晰眼图。     

相关检测法宽光谱消光比智能化测试系统

设计了一套基于相关检测原理的高消光比智能化测试系统。该系统把单色仪、数字锁相放大器和计算机等有机组合,取代了原系统由扫描仪提取数据的方法,完成了数据采集和处理的智能化,从而提高了测试速度和测试精度,实现了可见光区消光比的精确自动测量,而且可以测得近似的消光光谱,克服了只对单一波长进行消光比测量的缺点。     

Technology development of a high-density 32-channel 16-Gb/s opticaldata link for optical interconnection applications for theoptoelectronic technology consortium (OETC)

A parallel, 32-channel, high density (140 μm pitch), 500 Mb/s NRZ, point-to-point, optical data link has been fabricated using existing GaAs IC, silicon optical bench (SiOB), and multichip module (MCM-D) technologies. The main components of the transmitter and the receiver modules are a GaAs-based vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array at 850 mn with its IC driver array chip and an integrated metal-semiconductor-metal (MSM) receiver (photodetector and signal processing circuits) array at 850 nm. The package module uses a modified 164 I/O JEDEC premolded plastic quad flat pack (PQFP) in combination with a polymer film integrated circuit (POLYFIC) chip carrier. The electrical input and output are 500 Mb/s NRZ binary signals. The optical I/O in both modules consists of a directly-connectorized (nonpigtail) fiber array block that plugs into the 32×1 optical fiber ribbon directly on one side and accepts 32 optical signals from the SEL array or delivers them to the MSM receiver array via a gold-coated 45° polished fiber array mirror. The MACII-32 ribbon cable is an enhanced version of the standard MACII connector ribbon cable. This paper characterizes key components of the optical data link, describes its package design, and discusses preliminary component and optical data link test results     

Optical fiber sensor for vibration amplitude measurement

An optical fiber vibration sensor capable of measuring vibration amplitudes ranging from 1 mm down to 0.1 μm with a wide range of frequencies form 0.5 Hz to 100 kHz is described. The proposed method can be used to calibrate accelerometers. In this method the light from a tungsten halogen lamp is made to pass through an optical fiber whose exit end is mounted on the object under test. The emergent light is detected by a lock-in amplifier and then measured by a digital panel meter which can be made to give direct reading of the vibration amplitude. The main advantages of this method are wide dynamic range, wide frequency range, linearity, noise reduction, ruggedness, and light weight. The ultimate detectability can be as much as 0.5 Å/√Hz at 1 kHz     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。