激光导引头四象限探测器偏差信号特性研究

为了分析四象限探测器偏差信号对激光导引头探测定位精度的影响,在激光导引头四象限探测器探测定位原理的基础上,采用计算机建模仿真的方法,研究了入射光斑大小、分划线宽度和背景光强度对四象限探测器偏差信号的影响。结果表明,入射光斑变大,四象限探测器的灵敏度会变低,动态跟踪范围变大;分划线宽度在探测器串扰允许的范围内越窄越好;背景光降低了四象限探测器的灵敏度。该研究结果有助于提高激光导引头四象限探测器探测定位精度。     

一种引力波探测用高灵敏度四象限光电探测器

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求,设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器.四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构,以降低二极管电容,减小象限间隔,提高灵敏度.通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真,优化了电路参数,计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度.性能测试表明,研制的集成式探测器模的-3 dB带宽为28.3 MHz,等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2,象限增益一致性为0.76％,基本满足空间激光干涉仪的需求.     

四象限探测器角跟踪误差对激光制导的影响

依据四象限探测器对目标进行主动探测时的角跟踪误差计算公式,得出了适合于半主动制导时角跟踪随机误差的计算方法,并以激光半主动制导导引头为例,计算了随机误差对导引头跟踪精度的影响.     

四象限探测器组件在激光制导技术中的应用

讨论了象限探测器在激光制导技术中的应用,简述了四象限探测器及其组件用于激光制导的工作原理,以及激光半主动制导系统对四象限探测器组件的特殊要求,介绍了一种实用的激光半主动制导用四象限激光探测器组件.     

一种用于激光制导的高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件

设计并制作了一种硅雪崩光电二极管(APD)四象限探测器芯片,基于该芯片研制了一款新型高灵敏度制冷型APD四象限探测器组件;创新性地将探测器芯片、热电制冷器、前置放大电路和增益控制模块集成在带光窗的金属外壳中;该组件制冷加热速度快,在-45～70℃环境温度内可使器件恒定工作在10±2℃。测试结果表明,相对于传统的PIN四象限探测器组件,由于APD探测器本身能产生雪崩增益,该组件的灵敏度提高了近两个数量级,作用距离更远。     

激光半主动导引头光学系统设计

激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。     

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。     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

自由空间激光通信四象限探测器性能研究

在自由空间激光通信中,精跟踪单元的探测器经常选用四象限探测器(QD),探测器的性能影响跟踪精度,为了研究四象限探测器在不同条件下的性能,提出变步长的方法,分析光斑大小对动态范嗣和探测灵敏度的影响情况,在满足仿真精度的前提下,缩短了仿真时间.在光斑能量服从高斯分布的情况下,分析背景光、光电响应度和死区对动态范围和探测灵敏度的影响,特别研究非均匀背景光的影响.结果表明,随着光斑半径的增加,光斑位置检测的动态范围在增大,位置探测灵敏度在降低.相同光斑半径条件下,对于服从艾里分布的光斑的位置探测灵敏度高于服从高斯分布的光斑,而动态范围小于后者,非均匀背景光对探测器性能的影响比均匀背景的影响大.     

高功率YAG激光对激光导引头压制干扰的效果评估与理论分析

推导出计算高功率YAG激光直接或间接照射在激光导引头前或其四象限探测器上的能量密度公式和峰值功率密度公式,提出致盲或深度饱和评估准则.通过激光干扰时间序列图分析,指出由于激光导引头光电传感器饱和驰豫时间太小,非同步压制干扰无效是体制问题;并提出,可以借用激光角度欺骗干扰中的编码识别技术,控制高功率YAG激光脉冲的发射时机,让压制干扰刚好屏蔽激光导引头的信号探测时间波门,从而使得压制干扰有效.     

Traveling wave semiconductor laser amplifier detectors

Near-traveling-wave semiconductor laser amplifiers for amplification and detection of optical signals are discussed. Measurements of gain, responsivity, and bandwidth are presented and compared with theory. The system performance of the laser amplifier detector is evaluated by a digital transmission experiment. The importance of using low-reflectivity amplifiers with high-responsivity and weakly wavelength-dependent devices is revealed by computer simulations. The various noise contributions of the laser amplifier detector are analyzed. Expected sensitivity values are given, and it is shown that there exists an optimum amplifier gain with respect to sensitivity     

Design and performance evaluation of amplifier modules in stackable ROADMs for low-cost CWDM access networks

Coarse wavelength division multiplexing (CWDM) network has proven to be promising lower cost network architecture for a significant cost advantage over dense wavelength division multiplexing due to the lower cost of lasers and the filters used in CWDM modules. A compatible amplifier module having bidirectional amplification capability was deployed for introducing inside stackable reconfigurable optical add/drop multiplexers in realizing large-scale CWDM networks. The amplifier module for use in the bidirectional IP transmission confirmed that the insertion losses of the nodes and the losses of the fibers connecting the nodes can be compensated effectively, allowing the network administrator to increase the number of nodes and fiber length of the network. However, the noise generated from the amplification due to amplified spontaneous emission must be considered in network design issues. In this paper, optical power penalties due to the bidirectional amplification were estimated by conducting experimentation on minimum detectable power of optical transceivers. After analyzing the power penalty issue, an IP-over-CWDM ring network was implemented and the performance of network was evaluated by monitoring the power and packet transmissions before and after the amplifier module was turned on.     

机载远程激光测距机最大允许噪声仿真研究

为了提高机载远程激光测距机接收系统设计的可行性,从激光测距方程出发,分析了最小探测灵敏度与测程的关系。对回波频谱特性、探测模块带宽和放大器带宽进行了仿真,计算了回波信号的放大倍数,推算出主放大器输出信号的大小。依据高斯白噪声模型和主放大器输出信号值,推算了激光测距接收电路的最大允许输入噪声值。设计了电路并进行了试验测试。结果表明,激光接收灵敏度与理论值的偏差为5.7%,消光比法对应空中小目标最大测程与理论值的偏差仅为1.5%。该噪声分析方法对机载远程激光测距机的接收系统设计具有一定的指导意义。     

Properties of fiber Raman amplifiers and their applicability todigital optical communication systems

Bit error rate performances of fiber Raman amplifiers both as booster amplifiers and as detection preamplifiers are studied in intensity modulation/direct detection optical communication systems. It is theoretically shown that, in the booster amplifier application, receiver sensitivity degradation due to amplification can be made less than 0.2 dB for signal-to-noise power ratio larger than 20 dB, and thus an allowable transmission line loss can be increased approximately by the value of Raman gain. For detection preamplifier use, receiver sensitivities in the Raman preamplifier system are numerically calculated in terms of minimum detectable signal power at 100-Mbit/s and 2-Gbit/s bit rates. In both bit rates, it is shown that, for a Raman gain greater than 20 dB, minimum detectable signal power can be improved by more than 15 dB over the conventional detection level without Raman amplification. Preliminary experiments are carried out using a 1.32-μm Nd:YAG laser and a 1.4-μm laser diode as pump and signal light sources, respectively. The experimental results are in good agreement with theoretical estimations     

用PIN探测器进行激光雷达参考光检测

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一,对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先,对比分析了雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度,选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换,对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后,设计了电路板并进行实验验证。结果表明:对脉冲为10 ns的激光光源,当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时,其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V,可保证起始信号可靠检出,但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。     

基于FPGA的四象限探测器信号处理板设计

针对激光半主动导引头四象限探测器对回波窄脉冲信号高精度同步采样需求,设计了一款基于FPGA的四象限探测器信号处理板。该设计主要包括峰值检测模块、触发模块和FPGA模块。探测器前端板输出信号经峰值检测模块自动获取峰值电压后,由ADC实现模数变换,在FPGA内进行目标位置解算并形成制导指令上传至飞控板。其核心设计峰值检测模块,解决了窄脉冲信号峰值捕获的难题。实验表明,该设计输出波形稳定,且输出与输入具有良好的线性关系,最大相对误差小于4,通道一致性高于98,满足四象限探测器读出需求;与现有两款峰值检测模块进行性能对比,表明该设计性能表现良好。     

一种优异温度稳定性Ka波段上变频放大模块

研究了Ka波段变频放大电路的设计及其温度补偿技术,分析了上变频放大模块的基本原理,分别对射频增益及检波电压进行了温度补偿,提出了一种优异温度稳定性、高线性度、高增益稳定性的总体设计方案。该变频放大模块由放大电路、温补电路、混频电路、滤波电路及功率放大器等单元电路组成。运用Agilent ADS软件完成了模块的整体电路设计。同时,介绍了一种基于场仿真软件和实测相结合的方法,建立毫米波多芯片组件中互连的键合线模型,将键合线的寄生电感融入了上变频放大模块电路设计中,显著提高键合线互连电路的频率响应。采用多芯片组装工艺制作了高性能的变频放大模块,实现了在Ka波段输出功率＞于30.6 dBm,全温范围功率波动＜0.8 dB,全温检波电压指示波动＜0.2 V,测试结果与仿真结果一致。     

串联偏置迭堆式毫米波功率放大器的设计

设计了一种串联迭堆式偏置供电的毫米波功率放大器,其漏极供电电压高达+24V。该功率放大器共包含4个单芯片功率放大模块,每个模块承受+6V左右漏极电压。功率合成网络采用一分四的E面波导功分器,模块与功分网络间相互绝缘连接。该功率放大器最终实现的性能指标是:在直流偏置点(+24V,4.2A)条件下,功率放大器在频段26～30GHz内其连续波饱和输出功率大于42.1dBm,功率附加效率大于11.0%。提出了一种毫米波发射机功率输出部分新的构架形式,在模块级别对功率放大器串联馈电进行了首次尝试。