激光外差探测中的空间失配问题研究

基于高斯本振光与高斯信号光的激光外差探测系统物理模型,利用数值模拟的方法研究了空间失配角、偏移失配、本振光与信号光的光程差、探测器相对位置以及探测器光敏面直径等因素对外差效率及外差信号幅值的影响.结果表明:外差效率及外差信号幅值受空间失配角和偏移失配的影响较大;并针对实际激光外差探测系统中空间失配角及偏移失配等因素对外...     

相干激光雷达中光学天线与探测器光敏面的最佳匹配关系

在相干激光雷达中,本振光和信号光的物理模型一般为均匀光束-艾里斑或高斯光束-艾里斑.在均匀光束-艾里斑模型下,如果光学天线的有效孔径和有效焦距已知,则探测器光敏面半径应该按光学系统衍射极限光斑半径的0.79倍设计,这时系统外差效率的最佳理论值约为71%.在高斯光束-艾里斑模型下,探测器光敏面半径应按光学系统衍射极限光斑半径的0.63倍设计,这时系统外差效率的最佳理论值保持在81%左右.     

CO2脉冲外差激光成像光学系统中高斯光束光路的设计

为提高CO_2脉冲外差激光成像光学系统的外差探测效率,在出射光为基模高斯光束的本振光路的设计中。根据光束经过光学系统的变换与传输特性,采用离焦式扩束望远系统,调节本振高斯光的束腰位置,使之与置于成像物镜焦平面的探测器的光敏面重合,实现高斯光束的本振光与从目标反射的平面波信号光位相的最佳匹配。     

高斯光束场分布对相干探测混频效率的影响

在相干探测系统中,信号光与本振光在探测器上进行混频产生中频信号,实现将携带目标信息的信号光转置与放大,实现了近量子噪声限的探测方式。为了有效利用回波信号获得良好的探测性能,有必要对两束光的混频特性进行研究。信号光与本振光在探测器光敏面上的分布决定了两束光的混频效率,只有信号光与本振光的场分布完全一致探测器输出的中频光电流最大。通过对高斯光束的混频进行理论推导并进行数值模拟,结果表明混频效率对光敏面上信号光的分布较为敏感,本振光束腰半径应该等于或略大于信号光束腰的半径,探测器光敏面半径应约为本振光束腰半径的2倍。     

基于标量衍射的星间相干激光通信外差效率研究

针对本振光为高斯分布,接收信号光经望远镜聚焦后为艾里分布的情况,首先对高斯和艾里函数用数值计算的方式得到两种光斑最大外差效率:当艾里斑直径和高斯光束束腰直径之比为1.719时,最大外差效率为81.45％;然后介绍了光的标量衍射和Zernike像差理论,分析了夫琅禾费衍射适用于相干聚焦光场的条件,计算了平面、高斯、艾里光场和Zernike像差的采样要求,对存在各种像差的光学系统的外差效率进行了仿真,分析了倾斜、离焦、像散、慧差、球差等基本像差及组合像差对外差效率的影响,结果表明:各种像差对外差效率的影响从低到高分别为像散、倾斜、离焦、慧差和球差;3 dB外差效率损失对应相干系统的指标为跟踪误差优于1μrad (RMS),组合波像差优于0.1λ.研究结果对相干激光通信系统的链路损耗分配和光机系统的工程设计具有指导意义.     

一种基于AODV的链路质量与能效优先的跨层路由协议

针对本振光为高斯分布, 接收信号光经望远镜聚焦后为艾里分布的情况, 首先对高斯和艾里函数用数值计算的方式得到两种光斑最大外差效率: 当艾里斑直径和高斯光束束腰直径之比为1.719时, 最大外差效率为81.45%; 然后介绍了光的标量衍射和Zernike像差理论, 分析了夫琅禾费衍射适用于相干聚焦光场的条件, 计算了平面、高斯、艾里光场和Zernike像差的采样要求, 对存在各种像差的光学系统的外差效率进行了仿真, 分析了倾斜、离焦、像散、慧差、球差等基本像差及组合像差对外差效率的影响, 结果表明: 各种像差对外差效率的影响从低到高分别为像散、倾斜、离焦、慧差和球差; 3dB外差效率损失对应相干系统的指标为跟踪误差优于1μrad(RMS), 组合波像差优于0.1λ。研究结果对相干激光通信系统的链路损耗分配和光机系统的工程设计具有指导意义。     

基于阵列探测器的空间失配角匹配外差探测研究

空间失配角是影响外差探测的主要因素之一,很小的角度失配就会导致中频信号极为微弱。通过分析提出,外差信号的振幅可以视为探测器量子效率分布函数的傅里叶变换,基于此提出一种单元增益可调的阵列探测器接收方法。该方法通过设置阵列中探测单元的增益系数,使阵列有效量子效率分布函数的频谱特性匹配信号光与本振光形成的干涉光场,以此提高存在失配角时的中频信号的强度。通过对有效量子效率分布函数的调整,匹配不同角度入射的信号光,即可达到高速扫描探测的目的。     

湍流大气中光外差接收中频信号电流几率分布特性

给出晴空大气湍流中光外差接收系统接收中频信号电流几率密度函数的表达式。分析了光外差系统在本振散粒噪声限下,中频信号振幅为对数正态分布,相位为高斯相位扰动时,中频信号电流的几率分布特性,并进行了数值计算。     

CO2激光脉冲外差信号偏振匹配研究

设计一个CO2激光脉冲外差中的脉冲信号光和连续本振光偏振匹配研究实验，从理论和实验上，分析了偏振态匹配程度对脉冲外差信号的影响，当两束光严重失配时，不仅降低脉冲外差效率，而且还将导致激光脉冲畸变，产生很强的连续波外差背景噪声，抑制脉宽内外差信号。     

无线光外差检测系统研究与仿真

本文提出了一种新的基于副载波调制的无线光外差检测方案,用Optisystem对其进行仿真,计算了系统的外差增益,分析了影响无线光外差检测系统外差增益的几个主要因素,包括信号光的偏振态、激光器线宽、本振光功率及调制速率。从仿真结果可以得出：若信号光和本振光的偏振态不一致,会导致外差增益的下降;接收机灵敏度随光源激光器线宽的增大而降低,误码率要达到10-9,线宽最大不超过25KHz;增大本振光功率可以提高灵敏度,但这个提高不是无限地,存在一个最佳本振光功率,如果大于这个最佳值,信噪比反而会降低。     

CO2激光脉冲外差探测一阶统计特性分析

从分析高斯本振光和爱里信号回波互相干函数 (或外差量子效率 )一阶统计量入手 ,推导出CO2 激光脉冲外差探测振幅、位相和波矢空间夹角匹配条件 ,其外差量子效率的最大理论值为 0 82。在离焦失准状态下 (即球像差 ) ,两束光的位相差主要由高斯本振光波前弯曲决定 ,并因此导致外差量子效率的降低。     

基于点阵照明的APD阵列外差激光雷达外差效率的提高

当前研制的快速成像无扫描激光雷达系统由于激光器功率和信号损耗的限制,遇到了无法增大作用距离的瓶颈。结合光外差体制和APD阵列探测器设计的APD阵列外差探测激光雷达系统可以有效地解决这个问题。鉴于光学系统的外差效率能够直接影响外差激光雷达的性能,因此照明方式的设计是该套激光雷达系统的一个关键。经过分析,传统的直接扩束照明模式下系统的平均外差效率仅为10-5量级,远无法打到使用要求;因此提出了采用改进的点阵照明,并采用在阵列探测器前置微透镜阵列实现匹配接收的方式来解决这一问题。计算结果显示,经过优化后的点阵照明模式下的系统外差效率可达0.82,进而证明了采用点阵照明设计的APD阵列外差激光雷达系统的性能可以达到实用要求,为进一步开展APD阵列外差激光雷达的研究工作奠定了理论基础。     

光外差测量在无损探伤中的相位匹配

在光外差测量中，信号光与本振光的光程差、探测器的相对位置、探测器光敏面相对于激光光斑的大小和聚焦透镜的焦距，对系统的外差效率都有重要影响。针对光学外差无损探伤应用，计算分析了这4个因素对外差效率的影响。对外差效率的数值计算表明：系统外差效率随着光程差的增大而降低，探测器位置不同，此下降趋势不同；探测器相对位置和探测器光敏面大小则具有最佳值；聚焦透镜对外差效率有很大的影响，其焦距只能在一个很窄的范围内选择，被测目标物体与测量系统中透镜的距离越近，此选择范围越窄。根据理论计算所设计的超声外差探伤系统，外差效率可达0．965。系统用于由脉冲激励超声工件的内部探伤，观察到距离1555mm处钢管微小裂缝的超声反射信号。     

基于外差解调的分布式光纤传感系统设计

提出了一种基于双脉冲外差解调的分布式光纤传感系统。从理论上分析了系统的传感原理及信号解调方法。根据系统结构及原理,搭建了双脉冲外差分布式光纤传感实验系统,并进行了初步的实验研究。实验结果表明,在传感距离为300m的情况下可以将末端施加的干扰信号解调出来。     

激光外差干涉中声光器件非互易特性研究

针对声光器件存在的非互易现象导致光强衰减影响衍射效率并降低激光外差干涉效率的问题,进行了一种基于声光驱动100MHz时声光器件非互易效应对激光外差干涉影响的研究。以光束衍射实验为主体,结合光阑、TeOa晶体对声光器件非互易值进行测量,利用光功率计获得测量过程中的器件非互易数值,在不同驱动频率下分析衍射效率分布情况;并利...     

雪崩光电二极管电外差混频技术及其参量优化

雪崩光电二极管(APD)具有频响宽、灵敏度高的优点,在激光测距中有重要应用.为了分析APD电外差混频技术对系统信噪比的影响,建立了APD的数学模型,仿真分析了偏置电压直流分量与信噪比的关系,以及APD击穿电压变化时对信噪比的影响.结果表明,APD电外差混频技术会降低APD输出信号的信噪比,但它降低了后续电路处理带宽,有利于系统整体信噪比的提升;当APD输入光信号较微弱时,采用电外差混频技术,可有效提高系统整体的信噪比.     

2μm双平衡式外差探测IQ解调与信噪比研究

建立了双平衡式外差探测IQ解调的数学模型,通过旋转λ/4波片来改变IQ信号间的相位差。从本振光强度过剩噪声、散粒噪声和热噪声三个方面对平衡式外差探测系统的信噪比(SNR)进行了仿真。仿真结果表明,当旋转λ/2波片使分束比在(0～0.272)和(0.728～1)范围内时,单源探测信噪比比平衡式探测的信噪比高;而分束比在(0.272～0.728)时平衡式探测的信噪比高于单源探测。搭建了2μm双平衡式外差探测实验系统,当分束比为0.5时,平衡式外差探测的信噪比比单源外差探测的信噪比提高10dB以上,从而证明了双平衡式外差探测系统在微弱信号检测中的可行性和优越性。