光弹调制器的振动分析与实验

研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波,光弹调制器整体作一维长度伸缩振动。将光弹调制器的振动等效为有阻尼的弹簧-质量块系统进行理论推导,得出振幅表达式,振动位移与驱动电压和光弹调制器的品质因数Q值成正比。最后通过有限元仿真与测振实验测量自制的光弹调制器的振动特性来验证推导的正确性。     

弹光调制器相频特性分析与稳定控制技术

针对弹光调制器（Photoelastic Modulator, PEM）在高压驱动下的谐振频率漂移问题,研究了一种基于PEM谐振相位跟踪的稳定控制技术。建立了PEM与其谐振匹配回路的等效电路模型,推导了PEM驱动电压的幅频、相频关系,以及PEM谐振频率与驱动电压谐振相位的关系。搭建了PEM控制系统,以初始谐振频率的反馈电压相位为零相位基准,调节驱动电压将反馈电压相位稳定在相位基准值附近,并随谐振频率的变化修正相位基准值,从而使驱动电压频率始终稳定于PEM谐振频率附近。以1/4波、半波的PEM的相位延迟幅值为例,分别进行了时长60 min稳定控制测试,实验结果表明：（1）PEM工作在1/4波状态时,相位延迟幅值δ₀标准偏差σ_δq=0.001 4 rad,最大相对偏差为0.58%;（2）PEM工作在半波状态时,标准偏差σ_δh=0.001 3 rad,最大相对偏差为0.32%。     

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。     

谐振电路品质因数的计算

品质因数是谐振电路中一个非常重要的参数,本文讨论了一般RLC电路谐振时品质因数的计算问题,给出了一般RLC电路谐振时品质因数的简单计算方法,即先计算端口的阻抗或导纳,得到等效的串联或并联电路的R、L、C参数,然后套用串、并联谐振电路的品质因数计算公式即可.作者从品质因数的原始定义入手,说明了根据原始定义计算的品质因数与按照本文给出的方法计算的品质因数计算公式是一致的,从而证明了该方法的正确性.     

光弹调制器偏振光调制的检测系统设计

运动斯塔克效应诊断系统是获得内部磁约束等离子电流及其密度分布的重要诊断方法。通过测量原子分裂多普勒频移束发射光谱的偏振方向来获得超高温等离子体电流密度的剖面。光弹调制器将原子能级分裂的偏振信号转换为光强的变化。文章分析诊断系统的带宽和增益要求,选择合适的光电探测器对调制信号光进行检测,设计跨阻转换电路和电流放大电路,为后续的信号分析提取2倍频幅值信息提供精确的信号从而获得相关的电流信息。同时仿真电路的可行性,降低噪声减少干扰,满足提取的信号要求。     

光弹调制器研究综述及原理验证

光弹调制器是一种基于压电效应和光弹效应的光学调制器件.光弹调制器采用共振工作模式,具有调制频率高,灵敏度高,调制波段宽(紫外～远红外)等特点,可广泛应用于半导体、新材料、生命科学及航天军工等高新技术领域.该文首先阐述了光弹调制器的基本工作原理,包括压电效应、光弹效应等;其次介绍了光弹调制器的结构和重要参数,并分析了不同...     

谐振电路品质因数的计算方法

品质因数是定量衡量谐振电路固有品质的最重要参数,其大小由电路的拓扑结构以及元件参数值决定。采用解析公式法、洛伦兹曲线拟合法和本征值数值计算法三种独立的计算方法,定量对比了简单RLC串联谐振电路和复杂耦合谐振电路的品质因数及相对误差,讨论了这三种品质因数计算方法的优缺点和适用条件。计算结果为一般谐振电路品质因数的计算提供了保障,拓展了现有教学中复杂谐振电路品质因数的教学内容,能够更好满足实际的工程应用需求。     

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.     

无频响影响的光弹调制器定标新方法

针对现有光弹调制器定标方法受探测器频率响应的局限性,提出一种新的光弹调制器相位调制幅值（Am）定标方法。利用起偏器、光弹调制器、波片,以及检偏器构建定标光路,利用Am=5.136 rad的二次谐波分量零值点作为定标辅助点,将待定标点与定标辅助点间的一阶贝塞尔函数比值作为定标函数,通过测量待定标点与定标辅助点的一次谐波分量比值反推出待定标点的真实相位延迟量幅值。该方法排除了由探测系统频率响应特性带来的定标偏差,并且可以对光弹调制器整个工作区间的相位延迟量幅值进行定标。该方法操作简单、系统鲁棒性强、定标范围广。     

光弹调制器在偏振方向调制中的应用

提出了一种将光弹调制器应用于偏振方向调制的方法,介绍了它的两种基本使用模式,利用琼斯矩阵对其偏振方向调制原理及其两种基本使用模式进行了分析。光弹调制器和1/4波片形成偏振方向调制器件时,光弹调制器处于两块透光轴相互垂直的1/4波片之间,且光弹调制器的振动轴分别和两块1/4波片的透光轴成±45°角,线偏振光通过此器件其偏振方向被调制。实验验证了光弹调制器组合1/4波片调制偏振方向的原理。将光弹调制器应用在偏振方向的调制中,使现有偏振方向调制技术的光谱范围扩展到了紫外波段。     

基于最优化方法的光弹调制器光学模型验证

基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快,灵敏度高的优势,目前已被广泛应用于半导体、显示器和军工等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法,但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光学模型验证法,该方法将椭偏测量过程转化成最优化问题进行求解,将系统参数作为自变量进行处理,可抑制系统偏差造成的影响,提高测量系统的鲁棒性。该文介绍了该方法的基本原理,并通过数值仿真和椭偏测量光学实验进行了验证。结果表明,该方法可有效地抑制系统参数偏差对测量精度的影响。     

基于FPGA的光弹调制器用高压驱动电路设计

为满足光弹调制器对高电压、高稳定和精确易控制的驱动电压需求,设计了一种基于FPGA控制、全桥结构LC谐振升压的高压驱动电路。该电路与传统的光弹调制器驱动控制电路相比,大幅降低了直流电源的电压输入要求,通过DDS调节方波频率来控制光弹调制器工作频率,调节方波占空比来控制输出电压。该电路应用于光弹调制器实验,结果表明在光弹调制器的谐振频率下,外部直流电压为5 V时,方波占空比范围为0~50%,对应电压峰-峰值可调节范围为0~840 V。电路具有稳定可靠、操控方便、带负载能力较强等优点,能够实现光弹调制器驱动电压实时精确的控制。     

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%。     

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。     

线型调制器谐振逆变充电技术的分析

本文简单介绍了线型调制器谐振式逆变充电电路的工作原理。着重以半桥串联谐振变换器为例进行了数学分析，推导出储能元件上的瞬态电压与充电回路参数之间的关系，并进一步提供了电路设计时各主要参数的选取方法，最后，结合某一调制器样机的逆变充电线路进行了仿真设计，绘出了几个关键点的仿真波形。     

线型调制器谐振逆变充电技术的分析

本文简单介绍了线型调制器谐振式逆变充电电路的工作原理。着重以半桥串联谐振变换器为例进行了数学分析,推导出储能元件上的瞬态电压与充电回路参数之间的关系,并进一步提供了电路设计时各主要参数的选取方法。最后,结合某一调制器样机的逆变充电线路进行了仿真设计,绘出了几个关键点的仿真波形。     

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。     

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。     

基于电子电路谐振现象的品质因数意义的探究

通过对电子电路的谐振特性的研究,发现谐振电路中的品质因数,其在探讨电路的电压、信号的选频性、电路的储能效率和信号的衰减程度等方面是一个重要的参数。利用PSpice软件对谐振电路的频率扫描仿真分析,更说明了品质因数的大小会影响电路的选频性。结果表明,对于品质因数的意义研究有助于准确理解电子电路中的谐振特性。