弹光调制干涉具共振热动态模型的分析与研究

为了解决弹光干涉具在工作时,由于机械振动和外界环境温度引起的晶体内部温度累计从而导致共振频率漂移的问题,建立了弹光调制干涉具共振热动态模型。通过对串联共振模型的阻抗特性分析,得到了弹光调制干涉具的热耗散功率、反馈电流和反馈电流相对于驱动电压的相位的关系。通过对热动态模型共振单元的分析,最终推导出了干涉具中温度随时间的变化率和共振频率随时间的变化率方程,以及得出了干涉具共振热动态模型的频率稳定状态方程。分析结果表明,为了保证弹光干涉具得到最大光程差,必须采用锁相频率跟踪,时刻保持驱动频率与干涉具共振频率一致。     

基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。     

弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

弹光调制高压谐振电路设计

针对弹光调制需要高Q值、高电压、高稳定性驱动电路的特点,设计了一种基于LC谐振升压原理的高压驱动电路,该电路主要由输入波形转换电路、功率放大电路、充放电回路、阻抗匹配电路和反馈信号采集电路组成。采用低磁导率磁芯制作的高品质因数电感,使电路在输出高电压的同时,降低了对直流电源电压的要求。实验结果表明:在弹光调制干涉具谐振频率50.04 kHz下,谐振电路的输出电压在0~1200 VP-P可调,所需直流电源电压最大幅值为29 V。电路具有较强的带负载能力,可以满足弹光调制晶体的驱动需求。     

弹光调制器压电晶体阻抗匹配特性的研究

根据弹光调制干涉具的工作原理,利用等效电路的方法,对压电晶体的阻抗特性进行了分析与计算,推导出了压电晶体与信号源间的理想匹配条件,得出了匹配网络中电感、电容的理论关系.根据理论关系,在信号源与压电晶体间作相应的阻抗匹配,搭建系统并进行相关实验验证.实验结果表明,通过该阻抗匹配网络,可使弹光调制干涉具的振动性能达到最佳,提高了驱动控制器的电品质因数,进而将弹光调制干涉具调制光程差提高了40％,达到了提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率的目的.     

不同谐振状态下弹光调制器的品质因数分析

为了提高弹光调制器在高压驱动下的工作效率,以提高傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率,在建立弹光调制器的损耗模型和振动方程的基础上,描述了包含损耗因数的弹光调制器幅频特性,并推导了谐振和反谐振频率下弹光调制器的品质因数。结合压电材料的电致伸缩效应及其损耗,分析了高压驱动下各损耗因数之间的关系,提出了一种较谐振驱动具有更高品质因数和调制深度的反谐振驱动方法。实验验证,当驱动电压在500~1200 VP-P范围内,反谐振驱动方法较传统的谐振驱动方式,品质因数和调制深度均提高了43%,有效地提高了弹光调制器的工作效率。     

双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱动电压、驱动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合不同谐振频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使各PEM处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达到单个PEM的2倍,达到1 080μm。     

双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异 及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出 了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱 动电压、驱 动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合 不同谐振 频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用 数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使 各PE M处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达 到单个PEM的2倍,达到1080μm。     

弹光晶体频率温度系数对弹光调制系统的影响

分析了（xyt）φ1切型长度伸缩振动模式下硒化锌晶体谐振器的频率温度特性。推导了温度与硒化锌晶体的密度、杨氏模量和膨胀等材料性质的关系,计算了硒化锌晶体的频率温度系数。结果表明,相对于硒化锌的一级频率温度系数而言,硒化锌的高级频率温度系数可以忽略。弹光调制系统工作时所产生的热量会引起温度变化,从而导致谐振频率改变。当弹光调制系统工作在50kHz的谐振频率位置时,硒化锌晶体温度每改变1℃,晶体本征频率改变2.5Hz,相对于弹光调制系统16Hz的谐振半峰宽而言,该频率温度漂移不可忽略。     

快轴可调弹光调制器闭环稳定控制研究

快轴可调弹光调制器（FaaPEM）不仅具有调制频率高、通光孔径大、抗震性能好等优势，同时还弥补了传统弹光调制器相位延迟量和快轴方位角无法灵活调节的不足，在偏振调制以及偏振测量中发挥着重要的作用，FaaPEM是由两个压电驱动器和弹光晶体构成的谐振型光机电器件，在高压谐振状态下，因其自身的温度升高会导致弹光晶体谐振频率与驱动电压的频率不匹配，极大地影响了对于入射光的调制效率。为了确保FaaPEM在工作时的调制能力和稳定性达到最优效果，开展了FaaPEM的稳定闭环控制研究，提出了基于调制信号跟踪和相位调节的闭环驱动控制方法 ，并对FaaPEM稳定性进行了测试。测试结果表明：该系统加载反馈控制后，半波状态下稳定度达到4.18%，四分之一波状态下稳定度达到3.43%。     

Nonuniform injection current induced unusual chirp behavior of afour-electrode bistable distributed Bragg reflector laser

A complete analysis of the chirp of a four-electrode bistable distributed Bragg reflector laser is given in theory and by experiment. Experimentally, the chirp investigation is realized by a Mach-Zehnder interferometer. In small-signal regime, the modulus and phase of 2β/m, frequency and amplitude modulation index ratio, is measured for different injection currents and shows an unusual behavior against the modulation frequency. A theoretical model including nonuniform injection current shows the same behavior of 2β/m against the modulation frequency and proves that the nonuniform carrier distribution inside the cavity is the origin of the specific behavior. The large-signal analysis provides a study of the instantaneous chirp behavior during optical switching     

基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器

设计并制作出了一种基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器。MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术,驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相位调制。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器,避免了拉伸光纤或改变折射率的困难,具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。采用MEMS工艺成功制作出MEMS光纤相位调制器,并实现Michelson光纤干涉仪。利用ASE宽带光源对光纤相位调制器的静态调制特性进行测试,采用Michelson光纤干涉仪对光纤相位调制器的动态调制特性进行测试,结果表明,MEMS光纤相位调制器50V偏压实现了1 550nm光波的2π相位调制,当器件谐振频率为7.15kHz以及交、直流电压幅值分别为12.5V时,响应幅值可达6.8μm,可以实现多个2π的相位的正弦调制。     

A highly effective load adaptive servo drive system for speed control of travelling-wave ultrasonic motor

This paper presents a highly effective load adaptive drive system to control the speed of a travelling-wave ultrasonic motor. The motor driver was built based on the two-phase high-frequency inverter using the mechanical resonant frequency of the ultrasonic motor. To digitally control the drive system, a TMS320F243 digital signal processor was adapted to the driver. The developed system includes two feedback loops; speed control loop and feedback voltage-resonant frequency tracking loop. The driving frequency was used as a control input to control the motor. Direct pulse-width modulation (PWM) control was used to obtain the required driving frequency. The developed drive system was experimentally tested under several operating conditions. The obtained results demonstrated the effectiveness of the drive system for high performance drive applications.     

Inducing Chaos in Electronic Circuits by Resonant Perturbations

We propose a scheme to induce chaotic attractors in electronic circuits. The applications that we are interested in stipulate the following three constraints: 1) the circuit operates in a stable periodic regime far away from chaotic behavior; 2) no parameters or state variables of the circuit are directly accessible to adjustment and 3) the circuit equations are unknown and the only available information is a time series (or a signal) measured from the circuit. Under these conditions, a viable approach to chaos induction is to use external excitations such as a microwave signal, assuming that a proper coupling mechanism exists which allows the circuit to be perturbed by the excitation. The question we address in this paper is how to choose the waveform of the excitation to ensure that sustained chaos (chaotic attractor) can be generated in the circuit. We show that weak resonant perturbations with time-varying frequency and phase are generally able to drive the circuit into a hierarchy of nonlinear resonant states and eventually into chaos. We develop a theory to explain this phenomenon, provide numerical support, and demonstrate the feasibility of the method by laboratory experiments. In particular, our experimental system consists of a Duffing-type of nonlinear electronic oscillator driven by a phase-locked loop (PLL) circuit. The PLL can track the frequency and phase evolution of the target Duffing circuit and deliver resonant perturbations to generate robust chaotic attractors     

热激励谐振型压力传感器激励电压的影响与分析

针对热激励谐振型压力传感器在不同激励电压下会产生不同的热梯度场,进而影响传感器的谐振频率这一现象,采用开环测试系统进行试验,得到热激励谐振型压力传感器的热激励幅度与谐振频率的变化规律;并对实验结果进行了进一步的分析,为合理优化设计传感器的相关参数提供了一定的理论依据.     

微机械梳状陀螺仪的瞬态分析

为了研究微陀螺敏感模态和驱动模态的固有频率与机械灵敏度以及相位漂移、稳定性的关系，利用敏感电压的负刚度效应调节两模态间的固有频率差，通过CovcntorWare软件进行瞬态分析，经优化仿真后得到了在一定的频率差下微陀螺的最佳性能。     

基于DSP的超磁致伸缩换能器驱动电源设计

为了提高稀土超磁致伸缩换能器驱动电源的效率以及实用性,采用DSP器件TMS320F2812作为主控芯片,结合混合脉宽调制方法实现SPWM波形。采用半桥型逆变电路实现SPWM的功率放大,并对隔离驱动电路、反馈电路和滤波匹配电路进行合理而有效的设计,保证了换能器的输出效能。同时使用电流控制频率的方法实现谐振频率的自动跟踪。实验证明,该驱动电路输出频率稳定,波形失真度低,且能量转换效率较高。     

基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪传输特性研究

研究了一般条件下基于3×3耦合器的非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪的传输特性。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过推导,得到干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪三路输出光强之间的相互关系,以及可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系。