数字相关技术在激光多普勒测速仪中的应用

激光多普勒测速仪在导航系统中将是一种很好的速度传感器,而多普勒信号的处理在整套系统中起着十分关键的作用。本文提出将数字相关技术运用于激光多普勒测速仪的方法,对多普勒信号进行自相关处理,去除噪声干扰。仿真和实验均表明该技术大大提高多普勒信号的信噪比,降低系统对信号信噪比的要求,提高系统的抗噪能力和灵敏度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响

光电探测器是相干激光多普勒测速仪的重要组成部分,其对光信号强度的响应特性直接影响着系统的信噪比。为了提高系统探测性能,从光电探测器非线性响应对相干激光多普勒测速仪的影响的角度进行研究。通过对响应函数进行多项式分析,研究输入拍频信号为带偏置的余弦信号时的输出电压波形,对比分析存在二阶非线性响应与在线性响应下的信号,从理论上说明探测器非线性响应对系统信噪比的影响。并对测速仪进行了对比实验,在对非线性响应进行抑制之后,系统信噪比由16dB 提高到35dB,从实验角度验证了分析的正确性。     

基于混合编程的高精度激光多普勒信号处理技术

针对激光多普勒信号中存在较大噪声干扰的实际情况,为了抑制这些噪声干扰,提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出了对激光多普勒信号进行最小均方差(LMS)自适应滤波后作快速傅里叶变换(FFT),基于混合编程思想对所得到的频谱,先进行频谱细化,再进行频谱校正的信号处理方法,并对理想正弦信号和实测多普勒信号分别进行仿真计算和实验研究。仿真和实验结果表明：LMS自适应滤波技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,此技术能够适应于很宽的信噪比范围,大大提高多普勒信号的信噪比;频谱细化技术可以提高激光多普勒信号的频谱分辨率,频谱校正技术可以准确地校正多普勒频率,使校正后的频率更加接近于真实值;信号处理精度比直接进行FFT提高2~3倍。     

激光雷达系统背景辐射噪声的偏振抑制

通过分析信号光、背景辐射光的偏振特性,给出信号光和背景辐射光偏振态的异同,利用偏振探测技术最大化的抑制背景辐射噪声,提高激光雷达系统的信噪比、探测距离。     

基于半导体光放大器光纤环形腔的光数据包复制器的噪声特性研究

利用半导体光放大器(SOA)光纤环形腔实现重复周期准确、信号脉冲功率较大且几乎一致的光数据包复制.提出了一种注入非循环直流辅助光的方法,既有效抑制了放大自发辐射(ASE)噪声,又避免了环形腔内谐振.利用简化模型,从理论上对复制器输出噪声与信噪比(SNR)进行分析及仿真,得到复制器输出信噪比与复制次数的变化关系,并详细分析了注入直流辅助光功率及衰减系数对输出信噪比的影响.实验测得数据与理论结果一致.进一步对实验进行优化,在输出端口利用半导体光放大器对输出信号进行功率均衡,获得数据包信噪比下降小于3 dB且脉冲光功率几乎一致的15次以上复制.     

基于深度学习的水下无线光通信信噪比改善研究与实现

复杂的水下环境造成了水下光信号的质量下降,为提升水下无线光通信系统信号信噪比,结合深度神经网络提出了一种信噪比改善方法,该方法通过信号频谱有效抑制了信号噪声.实验结果表明:针对1m传输距离的水下无线光通信16阶正交振幅调制-正交频分复用(16QAM-0FDM)信号,该方法可以实现约17 dB的信噪比提升同时误码率降低至...     

噪声对消射频光子链路的噪声系数研究

噪声系数是宽带射频光子链路的重要参数,影响射频信号传输和处理系统的信噪比.提出了一种噪声对消射频光子链路,采用平衡光探测器对直流光和调制光转换的光电流相减处理,得到链路的噪声系数改善.从光信号调制、探测及噪声功率变化特性出发,建立了噪声对消射频光子链路的理论模型,并通过理论分析研究了噪声系数与激光功率、相对强度噪声、光...     

激光相干雷达中光电双下变频技术EI北大核心CSCD

在激光雷达远程测距中,雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下,对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此,为保证雷达系统的探测距离和精度,在激光发射功率一定的前提下,需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频,导致镜像频率噪声与有用信号叠加,致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求,提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制,从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频,首先参考Hartley结构,在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消,随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正,最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明,该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声,相较于传统激光相干雷达接收机方案,该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。     

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制

在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中,环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析,使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析,合理设置反馈电路,实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析,发现带宽拓展后,在傅里叶频率为5kHz处对频率噪声的抑制度达到了20dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频,测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声,测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量,通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后,测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度,Allan方差在平均时间1s时达到4.52×10~(-12),在平均时间20s时达到1.65×10~(-12)。     

乙炔气体浓度的TDLAS在线监测

介绍了利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术实现乙炔浓度在线监测的研究。该系统通过复合调制信号调制近红外分布反馈式二极管激光器（DFB LD）作为光源,光纤耦合器将激光分为两束,分别通过0.5 m封闭短光程气体吸收池和参考光路,双路接收采集含有气体浓度信息的测量光信号和参考光信号送后级处理,应用快速傅里叶变换（FFT）得到含有气体浓度信号的各次谐波检测分量,实现乙炔浓度信息反演,其中多次平均、数字滤波及背景扣除等数字信号处理技术被用于提高系统信噪比。通过理论分析和试验系统实验证明,该系统在软、硬件上的设计可以满足乙炔气体的在线监测,且系统体积小,光路调试和标定简单,便于实际应用。     

Improved Automatic Filtered Power Control Pumping Method for Uniform Shortpass Band in Optical Fiber Communications

To form a low noise figure and uniform shortpass band in optical fiber communications an improved automatic filtered power control (AFPC) pumping method is proposed here. A modulated single laser signal was entered in a closed feedback loop, in which the erbium-doped fiber amplifier (EDFA) was used as a part of the AFPC loop. Owing to the constant filtered signal and the quadrature phase shift delay inside the feedback loop, an optical pass band was uniformly formed. This EDFA attains high performance with a low noise figure simultaneously. The method was successfully applied to the fabrication of practical 12.0 m length of erbium-doped fiber pumped at 980 nm wavelength and 20 dBm power. Experiments prove that the signal gain of the loop remain flat in the range of 18.2 to 22.4 dB with a worst case error of ±0.5 dB and the noise figure was reduced by 2.2 dB at optimal, which correspond to a shortpass range of 40 nm band pass from 1525 nm to 1565 nm in wavelength. Of course, it should be possible to extent the system performance to all pumping configurations for semiconductor optical amplifiers. This provides the simplest and most economical way to transmit a well-defined band of modulated laser signal and to reject all other unwanted radiation.     

Effective Noise Reduction by Electric Positive and Negative Feedback in Semiconductor Lasers

Semiconductor lasers tend to generate excess intensity noise called the optical feedback noise in addition to the quantum noise. A noise reduction method using an electric positive and negative feedback loop between an optical detector and a semiconductor laser was demonstrated in this paper. The electric positive feedback was set in a high-frequency region, reducing the optical feedback noise, while the electric negative feedback was set in a frequency range lower than the positive-feedback frequency, resulting in the suppression of the quantum noise (optical shot noise). Noise reduction over 100-MHz frequency region and a reduction ability superior to that obtained by the superposition of high-frequency current were confirmed.     

Homodyne optical phase locking of resonant cavity coupledsemiconductor lasers

Two confocal Fabry-Perot cavity coupled semiconductor laser diodes (CFP-LDs) have been constructed for optical phase-locking experiments. Their FM noise suppression characteristics were calculated and compared with measurements of FM noise using an optical resonator as the optical frequency discriminator (FM noise suppression ratio 39 dB). Spectral linewidth was measured and evaluated, and frequency drift of the heterodyne signal in the time domain (20 kHz/s), was also measured. A simple linearized model of the optical feedback system was used for the calculations. Using two CFP-LDs, homodyne optical phase-locking experiments were performed. The performance of the optical phase-locked loop (OPLL) was evaluated by measuring and calculating the phase error variance. The calculation took into account the actual power spectral density of FM noise of the lasers employed in the OPLL. The phase error variance, considering infinite bandwidth, is 2.26×10^-2 rad². Total phase-locked power concentration ratio of the slave laser in the OPLL was 97.7%     

双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。     

光电反馈抑制掺铒光纤激光器的低频强度噪声

通过光电反馈电路对掺铒光纤激光器的中低频噪声进行了抑制。根据速率方程理论,分析了影响掺铒光纤激光器强度噪声的因素,通过电路仿真分析优化反馈电路参数,重点讨论反馈信号的相位对噪声抑制的影响。实验表明：激光器的低频(小于20KHz)强度噪声平均降低了10dB,中频弛豫振荡峰处（30KHz附近）抑制达35dB,并且克服了光电反馈抑制强度噪声使弛豫振荡峰向高频移动,导致高频噪声增大的问题。优异的噪声特性使光纤激光器在光传感领域具有很高的实用价值。     

基于数字滤波的半导体激光器温控系统设计

为了使光收发模块发射光波长稳定,突破现有半导体激光器温控系统大都采用模拟器件实现的常规设计,提出了一种基于数字滤波方式的控制方案,采用数字信号处理方式,以固件形式实现了半导体激光器温度控制。通过理论分析和实验验证,取得了采用该方案的光收发模块在应用温度范围内的发射波长变化数据。结果表明,该系统性能稳定,温度控制精度达0.053℃。     

基于高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号检测

分析了布里渊分布式光纤传感技术原理,采用自行研制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器结合电光调制技术,利用相干检测技术,对布里渊微弱后向散射信号进行检测。通过改进滤波放大技术,对微弱后向散射光信号进行有效放大,再用扰偏技术及信号采样平均处理,实现对光纤传感器后向布里渊散射信号在11 GHz高频段直接采集显示。结果表明,探测所得布里渊散射信号峰值功率可达50 mV,能有效降低解调系统信号检测难度,改善了系统信噪比(SNR)。初步实验结果证明了该方案的可行性。     

弱光反馈对半导体激光器AM和FM噪声谱的影响

一、引言 相干光通信系统具有灵敏度高,选择性好及可采用波分复用等优点。为了实现相干光通信系统,一个首要的问题便是抑制作为发射机振荡器与接收机本地振荡器的LD的噪声。光反馈是抑制LD噪声的有效手段,近年来人们对此进行了大量研究。然而,这些研究一般都局限于LD的线宽。由于LD的场功率谱通常不是洛伦兹型的,因此,必须研究LD的FM和AM噪声功率谱才有实际意义。     

Intensity noise of semiconductor laser in presence of arbitrary optical feedback

The relative intensity noise (RIN) Fourier spectrum of a semiconductor laser with arbitrary optical feedback has been derived. The authors calculations show that intensity noise can be highly suppressed at strong feedback, and that the phase of the feedback field plays an important role in the suppression of intensity noise.<>