空间光通信的时间平滑实验研究

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.     

光热干涉检测系统的实验参数选择

为了研究实验参数对光热干涉检测结果的影响,根据等厚干涉测量原理,利用赛德倾斜像差建立了相应的光热干涉测量模型.通过对探测光源的分析,利用随机函数建立一般性光源模型,定义了光源均匀度.在此基础上通过数值模拟,对不同光源均匀性下实验现象进行仿真,分析了光源均匀性对干涉测量结果的影响.分析表明,探测光源均匀性对热吸收干涉测量结果的影响可以忽略.同时还对比分析了不同探测器接受口径对测量结果的影响.结果显示,当探测器接收口径R=0.315cm时,在0～0.6λ的光热位移内光热信号呈单调下降,而且条纹对比度相对较大.通过曲线拟合得到在弱吸收情况下光热信号与光热位移的一个简单经验公式.     

像增强器亮度增益测试的重复性研究

亮度增益是衡量微光像增强器图像增强能力的一个重要技术指标,其直接影响着微光夜视系统的观察效果。为了提高像增强器亮度增益测试的重复性,在给像增强器提供稳定供电的条件下研究了光源色温、光源输出光亮度以及荧光屏发光亮度随时间的变化过程,分析了光源色温和光源输出光亮度对于亮度增益的影响机理以及荧光屏发光亮度对于亮度增益测试的影响过程,确定了光源的预热时间不少于15 min且像增强器的工作时间不少于1 min的结论。实际测试结果表明:当光源充分预热且严格控制像增强器的工作时间时测量得到的像增强器亮度增益的重复性优于3%。     

平板电视运动图像清晰度的测量

平板电视播放运动图像时清晰度会下降,主要由显示器时间频率响应带宽限制和运动黑白条纹亮度闪烁造成.实验表明,当CCD曝光频率比较高时,静止的CCD摄像机也可以进行动态清晰度图像拍摄.运动速度增加时,开始是频响展宽因素起主导作用,当运动速度达到某一值时,运动闪烁开始成为主要因素.虽然调制度、动态响应时间等频响展宽测量方法在某些情况下与主观运动清晰度具有一定关系,但在运动闪烁为主要原因的情况下,前述测量方法都不能正确反映动态清晰度的变化.     

机动车光信号装置色度特性的不确定度研究

本文就测定机动车的光信号色度特性时所产生的不确定度进行了分析评定。针对标准灯（A光源）对测量结果的影响进行了讨论。电压、电流仪表精度不低于0．2级,在相同的电压和电流下测量时,其引入的测量不确定度可以忽略不计。测量不确定度主要由测量读数的不重复性引入的不确定度、标准灯引入的不确定度构成。通过计算分析,得出了机动车光信号装置色度不确定度测量结果。     

烟道污染气体SO_2的差分光学吸收光谱测量

研究了利用差分光学吸收光谱(DOAS)技术测量烟道污染气体SO2的方法.介绍了差分吸收光谱的基本原理和数据处理方法.讨论并分析了测量过程中光谱波段的选择.以氘灯作为光源,分别利用光谱分辨率为0.6 nm、0.7 nm和1.8 nm的光谱仪对SO2的吸收光谱进行了测量,分析了光谱分辨率对测量结果的影响.DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分,避免了烟尘、水汽等对测量结果的影响,可以利用差分光学吸收光谱对烟道污染气体进行检测.     

基于片光源照明成像的水中群气泡特性测量

研究了舰船尾流分布特性规律,分析了图像法测量舰船尾流气泡参数的难点,提出了片光源照明、高速摄影技术结合的尾流气泡群测量方法.采用空气泵产生压缩空气,并通过微孔陶瓷管释放的方法建立了水中气泡产生及控制平台,系统通过调节空压泵气压,产生不同大小、密度、运动速度的气泡源,并采用片光源、短曝光时间（最小曝光时间为14μs）高速相机对不同气泡源进行了测量分析.结果表明：采用片光源照明、CCD照相技术可对气泡群进行清晰成像,空压泵压力的调节可获取不同尺寸、密度、运动速度的气泡源.     

相位掩模法制作光纤光栅的研究

准分子激光照射相位掩模后，在近场形成周期的条纹分布，利用近场光强对光敏光纤进行曝光，可以在纤芯中写入光栅，从衍射的频谱理论出发，导出具有一定发散的准单色准分子激光照射掩模时产生的近场光强分布，分析了光源发散角及掩模衍射特性对纤芯 强分布及光纤光栅制作的影响，并把分析结果与实验现象进行了比较。     

利用变形镜抑制光纤模态噪声

光纤模态噪声限制了下一代高精度视向速度光谱仪的测量精度。特别是当使用相干光源进行波长定标时,模态噪声会引起视向速度测量误差,降低视向速度测量精度。为了抑制光纤模态噪声,提出了一种基于变形镜的动态改变散斑花样的技术方法,该方法是在单次曝光时间内通过动态改变变形镜的面型,平滑光纤引起的散斑花样,提高定标光谱的质心稳定性,从而保证视向速度的测量精度。通过实验,利用632.8 nm 氦氖激光器作为定标光源,验证了该方法的有效性。实验结果表明,单次曝光图像包含约105个变形镜形变模式时,可以有效抑制光纤模态噪声。针对分辨率R=100000的光谱仪,单根定标谱线的情况下,光纤模态噪声引起的视向速度定标误差约为19.8 cm/s,与国际上其他技术方法的精度持平,该方法不仅可以提高能量利用率,且不影响光纤的使用寿命。     

直升机旋翼雷达特征信号分析

针对动态飞行测量实验,分别从时域、频域以及时频域对实测直升机回波信号进行了分析.结果表明,在时频联合域可以更清楚地揭示直升机旋翼的调制特性.根据其时频特征信号,可以判断旋翼叶片数的奇偶,并且可以测定调制回波的闪烁周期,从而确定旋翼叶片的数目和转速,实验还验证了叶片倾斜角对其调制回波的影响.这些特征对于直升机雷达回波信号仿真以及检测和识别具有重要的价值.     

基于PSD的腔体相对位移测量方法设计

为了测量只能在侧壁安装检测装置的腔体间相对位移,设计了基于面光源的光位移传感器（PSD）位移测量系统。系统将PSD两路电信号的I-V转换、反向放大等信号调理在一片AD824处理,并采用对射式的检测方法,减小了系统体积,简化了结构设计。介绍了位移测量实现过程,并设计系统的标定工装,通过数据后处理方法减小测量误差,提高测量精度。实验结果表明,系统在30mm量程范围内线性度好,可重复性高,工作在10KHz不失真,可用于腔体振动等测量,具有很高的实用性。     

激光回馈半钢化玻璃应力双折射测量技术

为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小，实时监测产品质量，结合半经典理论与三镜腔理论模型，研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建，由偏振光低电平的占空比自动判断样品主应力方向，测量效率较高; 采用降低输入电压变化梯度的方法，将输出电压控制在较小的范围内波动，提高了压电陶瓷位移稳定性。结果表明，样品应力双折射的大小由调谐曲线上一个偏振跳变周期内偏振跳变点的位置决定，多次测量的最大偏差为6.1nm/cm，标准差低于2.0nm/cm。该技术具有测量周期短、精度高且重复性好等特点，适用于实际生产中。     

基于光压原理的高功率激光测量装置

建立了一套基于光压原理的高功率激光测量装置,其功率测量不确定度优于2%(置信因子k=2)。在0.6~15 kW功率范围内将光压方法与量热方法进行了比较,得到的最大相对偏差小于1%。该装置的功率测量上限仅受限于激光反射镜的损伤阈值,因此其功率测量上限可达100 kW甚至更高,同时还具有响应速度快、测量准确度高、可在线测量等优点。     

PSD及其在非接触测量中的应用

介绍了一种光电位敏探测器PSD及其在非接触测量中的应用,同时给出测量原理和PSD的前置适配电路.     

水中颗粒物大角度范围体散射函数测量方法

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题,设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统。首先,通过双潜望式光路结构,将激光发生平面与散射探测平面分离,减小了激光器对探测角度的遮挡;同时,通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体,避免了容器的杯壁散射,提高背散射测量的准确性。根据实际工艺,改进出射棱镜,设计系统样机,实现了3°~178°大角度范围体散射函数的测量。结合系统结构与水下光传输原理,根据数据矫正算法,矫正由于测量光程及水体衰减造成的偏差。对比矫正后结果与米散射仿真结果,证明方法的可靠性。     

基于偏振光的散射式浊度仪的设计与实现

针对常用光学浊度测量方法容易受背景光影响引起测量误差的问题,提出了一种基于偏振光的垂直散射式浊度测量方案.利用偏振片的起偏和检偏功能,实现偏振光的产生与检测,有效地降低了背景光带来的测量误差.运用低漂移、低噪声的高性能运放电路实现电路系统的驱动与信号处理,提高浊度的测量精度.实验结果显示,在不同的背景光条件下,该浊度仪能够准确测量0～400 NTU浊度范围内的待测溶液的浊度,且测量精度在5％F.S以内,表明该浊度仪具有较强的抗干扰能力.     

光学双向反射分布函数的测量装置研究

介绍了双向反射分布函数的测量原理和方法,搭建了双向反射分布函数的测量装置。该装置可以测量可见光和红外两个波段的双向反射分布函数。在可见光波段采用卤钨灯作为光源,采用光纤光谱仪作为光接收器,以10 nm的波长间隔测量双向反射分布函数。在红外波段采用碳化硅作为红外光源,采用热释电探测器作为光接收器,采用标准板相对定标的方法测量待测样板的双向反射分布函数。可见光波段双向反射分布函数的测量重复性不大于1.5%;3μm~5μm红外波段双向反射分布函数的测量重复性分别小于或等于2.5%、8μm~12μm波段的小于或等于3.0%。测量结果表明,该测量装置的有效性较高。     

微型光纤光谱仪的波长定标分析

为了提高光纤光谱仪的测量精度,采用标准汞氩灯谱线和最小二乘法的3阶线性拟合,取得了完整的波长定标方案。结果表明,算术平均误差小于0.167nm,标准差小于0.217nm,波长与像素的拟合相关程度较高;定标后波长不确定度优于0.11nm,误差小于0.15nm,波长重复性可达0.01nm。这一结果对提高光谱仪实际应用中的测量精度是非常有益的。     

湍流尺度和相干参数对传输光强的影响

文章利用交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强表达式,利用该表达式分析了斜程大气传输中湍流内外尺度、光源相干参数、天顶角对接收光强的影响.结果表明:斜程大气传输过程中,光源相干参数ζs越大,接收光强受湍流内外尺度变化的影响越小.在传输距离小于4 km时,湍流内外尺度变化对接收光强的影响可以忽略不计.相干参数对小天顶角时的...     

超宽带平坦多载波光源结构设计

为了解决波分复用系统中传统光源稳定性差、成本高、带宽小等问题,本文提出了一种超宽带平坦光源发生器结构,该结构基于级联的电吸收调制器和两个频率调制器,得到了频率间隔相同且可调的高带宽、平坦度小的多载波光源。在单波长光信号输入下,产生了大范围频率间隔可调平坦度小于0.2 dB的21个子载波的多载波光源,当驱动信号频率为8 GHz和9 GHz时,平坦度可达到0.07 dB;在多波长光信号输入下,得到了频率间隔为15 GHz,平坦度小于0.9 dB子载波数为275的超宽带平坦光源,频谱宽度可以达到THz以上。最后研究了10 GHz驱动信号下,电吸收调制器与频率调制器驱动信号的相位差、频率调制器的频率偏移以及电吸收调制器的啁啾因子对多载波光源的影响,结果表明,驱动信号的相位差在±10°上下波动时,平坦度最大改变了1.05 dB,频率调制器的频率偏移在±10 GHz范围内变化时,平坦度波动幅度仅为0.1 dB,表明该结构具有良好的稳定性和可控性。