基于重叠光栅和啁啾光栅的双波长光纤激光器

研究光寻址电位传感器(LAPS)的器件噪声特性 。通过对LAPS半导体场效应器件的结构分析,建 立LAPS的理论模型,并进一步分析LAPS器件噪声信号的来源、种类及特性。以 pH缓冲液中H离子 浓度为检测对象,搭建基于NI采集卡和Labview环境的LAPS测试系统,对影响LAPS信号噪声 特性的光源 波长、光源调制频率、光源强度和Si衬底厚度等因素进行了仿真和实验研究。结果表明,增 大光源波长和光源强度 是提高输出信号幅值和信噪比(SNR)的最有效方法。     

阵列化LAPS的结构设计及特性研究

为了降低阵列化光寻址电位传感器(LAPS Array)非敏感区域的噪声干扰,提出一种新的结构,对非敏感区域进行重掺杂,并在其表面生长厚氧化层。用同样的激光束照射,非敏感区域的光电流比敏感区域降低20dB以上。针对阵列化LAPS的特点,研究了电极位置变化、光源强度变化对测量结果的影响。给出了阵列化LAPS在不同应用中电极位置设置的建议,同时表明用LED作为阵列化LAPS的激励光源是合理的。     

波分复用ROF系统中光发射源的频率稳定度研究

研究了波分复用微波光子(ROF)系统中超连续谱光源的产生及其特性.利用电吸收(EA)外调制10GHz分布反馈式(DFB)激光器产生的超短光脉冲经过高非线性光纤(HNLF),通过数值模拟产生了多波长连续光源.对影响光源频率稳定度的因素进行了分析,数值模拟说明泵浦脉冲为无啁啾超短光脉冲时,生成的多波长光源为高相干性、低相对强度噪声(RIN)的可靠光源;RIN随HNLF光纤长度的增加而变差.     

傅里叶域锁模扫频光相干层析系统仿真

建立了基于傅里叶域锁模(FDML)扫频光相干层析(OCT)系统的数值模型,通过对FDML光源中的组件进行建模,利用分步傅里叶法求解非线性薛定谔方程,研究了滤波器带宽对光源强度噪声与相位噪声的影响。在此基础上对OCT成像过程中的信号进行了数值仿真,研究了光源噪声和成像系统中的色散失配对点扩散函数及其滚降特性的影响,获得了扫频光源中元件特性与OCT系统性能的直接关系。     

宽光谱聚合物热光开关的制备及容噪特性研究

利用聚合物/SiO₂混合材料脊形波 导结构以及化学气相沉积(CVD)、涂膜和湿法刻蚀等 工艺,设计并制备了一种低功耗 马赫-曾德尔干涉(MZI)热光开关。测试了波导芯层和包覆层材料的色散特性,模拟分析了 器件的输出功率和光谱性能。以可调 谐激光器作为光源,实验测试了所制备器件的开关、响应和光谱特性。在1〖KG －1/ 6〗550nm中心波长下,器件的开关功耗约为7.8mW, ON与OFF状态间的消光比达32.6dB。在纯净方波驱动电压信号(峰峰 值为3V_pp)作用下,测得器件的上升和下降时间分别 为107μs。保持器件在1550nm波长下的驱动功率不变,测得器 件的输出光谱约为50nm(1520～1570nm),且在此范 围内,器件的消光比大于18dB。利用NE555等 集成电路自主制作了一种噪声幅度可调的含噪信号驱动源,借此研究了器件 的容噪特性。结果显示,当要求器件的消光比大于10dB时,可允许的最大噪声幅度为1.1V_pp。     

基于宽谱光源的光控微波延时技术

提出一种新型的基于宽谱光源和色散器件结合的光控波束形成网络(OCBFN)方案,与利用独立激光器的方案进行了比较,给出了该方案的工作原理和延时链路理论分析,并通过实验验证了该方案实现光控延时的可行性。实验中利用掺铒光纤放大器(EDFA)作为宽谱光源,10 km单模光纤(SMF)作为色散器件实现光路延时,可调谐光滤波器选择光路的工作波长,利用矢量网络分析仪产生微波信号并测量信号延时特性,在9.25~10.25 GHz微波频段中,实验测得的系统延时范围、延时精度及真延时特性(延时大小与微波信号频率无关)验证了基于宽谱光源的可调谐光控微波延时方案的可行性。     

硅双结色敏型器件波长测量中环境光影响的研究

为了提高基于硅双结型色敏器件波长测量系统在有环境光噪声时的测量精度,对该类型波长测量系统中的环境光影响进行了理论分析和实验研究.通过对不同峰值波长和光强的高斯函数环境光下传统方法波长测量精度的仿真分析表明,环境光与被测光峰值波长相差越大、光强比越大,则测量结果的误差就越大.进而提出了一种消除环境光影响的改进方法,即去除含噪光(包含被测信号光和环境光)中环境光引起的两结光电流以求得被测信号光的两路光电流及其比的对数,再根据定标光源的峰值波长与其光电流比的对数的对应关系,获得待测信号光的峰值波长.最后,在日光(DLI)和日光灯光(FLI)同时存在的环境光中对传统方法和改进方法进行了测量精度的对比实验,结果表明,改进方法能够有效地消除环境光对波长测量结果的影响,显著提高在有环境光噪声存在时的系统测量精度.     

基于激光器RIN抑制的宽带低噪声微波光传输技术

微波光子链路中的核心器件激光器、调制器、光电探测器均为有源器件,在微波信号的电光光电转换过程中会引入额外的噪声,导致微波信号的噪声性能恶化,高的噪声系数会降低电子信息系统的灵敏度、动态范围、探测精度等关键性能指标,因此抑制噪声成为实现高性能微波光子系统的关键。文章针对当前激光器噪声较高的限制,提出采用常规分布反馈(DFB)激光器与光放大器、窄带光子滤波相组合的方式来抑制激光源噪声,实现微波光子链路的宽带低噪声。建立了微波光子链路传输模型,分析了链路性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了采用该组合光源方案与常规微波光子链路的噪声性能,结果表明采用高功率光源结合光滤波可对激光器远端相对强度噪声(RIN)实现高的抑制,通过优化,噪声系数较常规水平可改善15 dB以上。     

单泵浦超连续光纤激光器的研究

超连续光纤光源是近年来光通信领域最重要的研究成果之一,也是最近几年得到国内外广泛研究的一种新型多波长光源。这种光源在常温下可以得到稳定的多波长输出,并具有噪声低、带宽范围大、性能稳定、易于控制等优点,成为密集波分复用(DWDM)系统的多波长光源研究中的热点。本文介绍了多波长超连续光纤光源中涉及到的各种器件的原理和功能。详细描述了整个实验过程,通过对各个部件的选择,对各个环节的调节测试,以及几次方案的修改,最终将多波长光源调到比较好的效果。实现了频谱的展宽和多波长的输出,稳定和功率是制约这个实验结果的主要原因。     

变占空比脉冲测量非线性光环镜阈值特性的实验研究

光阈值器件是多用户光码分多址(OCDMA)系统接收机中抑制基底噪声和互相关旁瓣峰的重要部件。非线性光环镜(NOLM)是实现光阈值的一种有效方法。对基于高非线性光纤(HNLF)NOLM的阈值特性进行了实验研究及数据分析,提出利用改变抽运脉冲占空比分析阈值特性的方法,实验发现抽运脉冲占空比D为1/25时出现阈值点,阈值功率为3.75W。讨论了抽运光与信号光的波长间隔对NOLM输出信号的影响,得出阈值点处的最优波长间隔为5.8nm,脉冲压缩量为114.47ps。实验搭建了接收机阈值系统,眼图分析表明该系统能较好地抑制噪声。     

基于小波变换的光寻址电位传感器信号去噪研究

基于(LAPS)(光寻址电位传感器)技术的生化传感器中的光生电流是一种微弱的非平稳信号,信噪比(SNR)低。为了提取清晰的LAPS信号,且鉴于传统的傅里叶方法去噪后信号失真严重,本文采用小波变换的方法对LAPS信号进行去噪处理。通过小波变换将信号分解为3层,得到各层的小波系数以及阈值。根据每一层系数特点,按阈值进行分别处理,得到新的小波系数。最后根据新的小波系数,重构信号。对去噪后的信号进行频谱分析发现,信号频谱为有效的LAPS信号谱段。将傅里叶去噪和小波去噪方法进行对比发现,小波去噪得到信号的SNR和平滑度(SR)要高于傅里叶去噪,表明小波变换是LAPS信号去噪的有效方法。     

紫外线定时控制及光强测量系统

基于单片机设计了一套紫外线波长选择、定时控制和光强测量系统,用于研究紫外线照射下维生素D含量提升的试验。系统包括控制装置和测量装置,控制装置采用STC12C5A60S2单片机驱动液晶触摸屏完成人机交互操作,以继电器控制不同波长的紫外线灯管工作,实现控制波长和照射时间。测量装置采用UVM-30A紫外线传感器模块,利用STC12C5A60S2单片机采集传感器输出信号,将测量结果以紫外线光强指数显示在LCD1602液晶屏上,实现紫外线光照强度测量功能。系统有效地解决了紫外线照射蘑菇试验中对紫外线波长、光强测量以及照射时间控制的问题。实验测试表明该系统具有良好的稳定性和实用性,可广泛推广。     

Characterization of an Integrated Fluorescence-Detection Hybrid Device With Photodiode and Organic Light-Emitting Diode

A new integrated fluorescence-detection hybrid device with a photodiode and an organic light-emitting diode (OLED), and its characteristics are presented. To detect the fluorescent signal using OLED as a light source, a finger-type photodiode with low parasitic resistance was designed, which utilizes the side depletion region in the$hboxp^+hboxn$junction. In addition, OLED was designed to have the peak intensity at an excitation wavelength from rhodamine 6G. The integrated fluorescence-detection hybrid device fabricated had a background signal of 153 nA and a limit of detection of 1$muhboxM$, and was applied in the competitive assay.     

光纤表面等离子体共振传感检测系统中的数据分析

该文给出了光纤表面等离子体共振(SPR)传感检测系统的输出信号模型,采用偏度峰度检验法检验了其噪声为高斯噪声,提出采用均值估计,降低方差。进一步分析了均值估计中存在的噪声也是高斯噪声,采用线性模型进行估计,确定共振波长和峰值强度,结果表明经过两次估计获得的共振波长精度达到了光纤SPR系统中光谱仪的波长检测精度,峰值精度达到了光谱仪的光强检测精度。最后,分析了数据处理量和提出了优化方法,使得在微小牺牲检测精度的前提下数据处理工作量降为原有工作量的2%,特别适用于被测对象变化急剧的情形。     

FIR滤波法改善光纤布喇格光栅传感系统性能

光纤光栅的波长移位检测是光纤光栅传感实用化的关键技术之一.现有的波长检测方法其波长探测精度受到光噪声及有害干涉信号的限制.采用可调谐窄带光源法实现波长检测,并使用数字滤波器技术降低系统中的有害干涉信号.数值模拟结果和实验结果表明,在光纤布拉格光栅传感系统的波长检测过程中采用FIR滤波器可提高系统信噪比和波长测量精度,有效改善系统性能.     

Can the light-addressable potentiometric sensor (LAPS) detect extracellular potentials of cardiac myocytes?

The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) measures localized photo-induced currents from a silicon wafer, which are dependent on the local surface potential and on the intensity of the light pointer. In this study the ability of the LAPS to record extracellular potentials of adherent cells was investigated. Time dependent LAPS photocurrent signals that correlated in time with contractions were recorded from beating cardiac myocytes cultured on LAPS surfaces. Signals could be recorded both when the LAPS was biased to working points where the photocurrent was maximally sensitive to potential changes and when it was biased to working points where the photocurrent was insensitive to changes in surface potential. Therefore, signals could not be predominantly created by changes in extracellular potential and might be related to mechanical contractions. One possible explanation might be, that the cell-induced modulation of photocurrents arose as a result of cell shape changes. Such alterations in cell shape might have focused and defocused the light pointer and, thus, modulated its intensity. To further test this hypothesis, height changes of beating cardiac myocytes were measured with an atomic force microscope (AFM). They were found to match well with signals derived from LAPS measurements. Therefore, it can be concluded, that LAPS signals were mainly determined by the periodic changes in shape of beating heart cells, and this interference precludes the measurements of extracellular electrophysiological potentials from these cells.     

一种新型的光寻址电位传感器研究

依据光寻址电位传感器(LAPS)工作原理和光生载流子在硅片中扩散理论,提出了一种正面光照的LAPS新结构设计,在正面光照方式的测量池、插件式芯片和硅尖阵列芯片等方面具有创新性.新型LAPS的光电流信号比背面照射的提高了4倍;在检测标准缓冲溶液pH4.00、pH6.86、pH9.18的pH值时,线性相关系数0.9999,灵敏度为50.1mV/pH.重复检测pH9.18标准缓冲溶液四次的标准偏差和变异系数分别为0.57mV、0.048%.最后,分析讨论了三电极测量方法和新型LAPS结构特色、以及LAPS电解质电导对光电流的影响等.     

A 1/2-in. CCD image sensor overlaid with a hydrogenated amorphous silicon

A half-inch size CCD image sensor overlaid with a hydrogen-erated amorphous silicon (α-Si:H) as a photodetector has been developed. The array consists of 506V × 404H picture elements. The glow-discharged α-Si:H film has high quantum efficiency of 0.75-0.8 in the visible wavelength range and low dark current of 0.2 nA/cm²and is formed on the CCD scanner with vertical overflow drain. This CCD image sensor has a sensitivity of 0.014 µA/lx (3200 K)and a S/N ratio of 73 and 68 dB for fixed-pattern noise and random noise, respectively. Smearing signal is suppressed to below 5 percent at incident light intensity of 1000 times saturation exposure. The blooming and highlight lag are completely suppressed by the vertical overflow drain structure.     

波长调制晶体吸收温度传感器原理

晶体吸收式光纤温度传感器是利用半导体晶体的光吸收与温度的依赖关系制作的温度传感器,体积小,成本低.目前对其研究都是基于光强调制,光强调制本身受光源扰动和光路扰动影响较大,致使传感器测量精度低,稳定性差.为提高晶体吸收式光纤温度传感器的测量精度及稳定性,提出利用波长调制制作传感系统的方法,从理论上予以仿真,并给出了半导体砷化镓材料的透射光谱曲线随温度变化的实验结果.