基于光子脉冲的外差探测高精度测距系统

设计了光子脉冲外差探测系统的系统结构,利用光子脉冲外差原理与光子探测统计理论,建立了基于光子脉冲外差探测系统的测距精度理论模型。根据方波近似条件和光子脉冲外差探测系统的典型参数,研究了噪声和温度参数对测距精度的影响。仿真实验表明,该系统可以实现高精度的测距。     

基于二次外差法的八倍频毫米波光子发生器特性

研究了一种基于二次外差法的八倍频毫米波光子发生器.该方案将二次外差法的相关原理应用到倍频式毫米波光子发生器的研究中.利用两次拍频,抵消两个独立激光器各自的相位噪声,得到了频率八倍于射频本振频率的射频毫米波信号.理论推导了毫米波产生的原理,讨论了影响射频功率代价的激光器相位噪声、光纤色散和光链路的延时失配问题,在此基础上进行了仿真模拟验证了光子发生器的工作原理及在模拟光链路中的应用.     

多路复用光子多普勒测速复用方案分析及实验研究

对光子多普勒测速(PDV)的基本原理和光学外差技术进行了阐述,对时分、波分、波分时分联合等三种多路复用光子多普勒测速(MPDV)复用方案进行了深入的分析,并指出了各种方案适宜的多点测速类型。根据理论分析结果,设计并搭建了一套2路波分加2路时分的MPDV,并设计了爆轰实验装置,同时利用该装置进行了爆轰加载铝飞片的验证实验。结果表明,较好地实现了MPDV技术,并从其复用了4个测点速度信息的1路干涉信号中,分别解读出了各个测点的多普勒频移曲线及速度曲线,最高速度达到2.5km/s,飞行时间达到16μs,同时验证了MPDV与常规PDV和外差式PDV在静态干涉信号、多普勒频移曲线、速度曲线等方面的差异性和相同点。研究结果对于研究大数量点数MPDV有重要的参考意义。     

变速目标的光子回波外差信号处理方法研究

变速运动目标的中频信号特征频谱具有连续集中的多频分量，且具有一定的多普勒展宽，在背景噪声和暗计数的影响下，光子回波外差信号的信噪比较低时，使用传统的信号处理方法得到的中频信号频谱以及时频分析特性效果较差。为提高信噪比，本文提出了将稀疏度自适应压缩感知和密度聚类相结合的信号处理方法，并采用该方法对变速目标的光子回波外差信号进行处理。该信号处理方法解决了变速目标频谱稀疏度K无法提前确定的问题，而且只需要较少的观测数据就可以重构信噪比较高的中频频谱。此外，该方法结合密度聚类算法对中频频谱进行了第二重去噪，大幅度减少了噪声分量。研究结果表明，该信号处理方法能够将信噪比提高一定幅度且多普勒展宽精度误差在10%以内，可以得到较为完整的重构中频信号频谱，同时较好地解决了信号时频分辨率较差的问题以及单光子探测等间隔时间序列造成的时频图中的倍频现象，得到了更好的时频特性描述。     

时间拉伸光子多普勒测速技术研究

在瞬态高速测速场景中,目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s,因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性,在光域中完成信号降频处理,降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统,飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域,避免了速度信号的采样间断;信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿,减小了因为位移引入的系统误差,从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片,测试了文中测速系统在记录时间1.2 μs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源,第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤,构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz,通过与光子多普勒测速系统进行结果比对,实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量,为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。     

基于InGaAs单光子探测器的线阵扫描激光雷达及其光子信号处理技术研究

随着探测体系的发展,基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注,有效降低了系统对激光功率的需求,广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求,基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统,对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析,配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点,并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法,将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比,单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm,探测器线阵规模可达到128元,激光重频为20 kHz,可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像,作用距离>3 km。经过成像算法处理,该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像,成像目标清晰。     

光子计数成像技术及其应用

随着微光像增强技术和弱光成像器件的发展 ,光子计数成像技术近年来发展很快并日趋成熟 ,光子计数成像在军事、天文学、物理学、化学、生物学、量子电子学等领域得到了广泛应用。介绍了光子计数成像的原理、技术特点及其应用。     

光子计数成像技术及其应用

随着微光像增强技术和弱光成像器件的发展，光子计数成像技术近年来发展很快并日趋成熟，光子计数成像在军事、天文学、物理学、化学、生物学、量子电子学等领域得到了广泛应用。介绍了光子计数成像的原理、技术特点及其应用。     

不同通量条件下光子计数激光雷达信号畸变的规律研究

光子计数激光雷达在高通量条件下的输出信号会出现严重的畸变现象,从而影响目标信息的提取,因此,研究信号畸变的变化规律是一个重要的理论与实践问题。为此本文建立了多触发条件下光子计数激光雷达信号计算的稳态正向递推模型,该模型具有精度高、速度快,且可准确反映物理过程等显著优势。结合正确性验证,通过改变模型的信号幅度N、脉冲宽度P_W、背景噪声N_b和死区时间T_d等参数对激光雷达信号畸变的影响规律进行探究,结果表明：当死脉比R_dp≤2时,信号的畸变与N、P_W、T_d有关,当R_dp>2时,信号畸变仅与N有关;同时在仿真实验结果中发现,当探测损失率α≤5%时,可忽略信号畸变的影响,该发现可作为区分高通量信号畸变(α>5%)与低通量信号保真(α≤5%)的判别界限,根据计算,在某些特定条件下,改变死区时间的大小会将高通量转化为低通量。上述结论相比于传统的基于光子计数率的“5%”准则更加精确地划分了高低通量与信号畸变的界限。     

利用光外差检测技术的光纤温度传感器

本文报导以频率稳定的纵向塞曼激光器为光源,高度内禀双折射偏振保持光纤为传感元件,并利用光外差检测技术而制作的温度传感器。理论分析了实验系统工作机理,并给出系统主要性能参数。     

HgCdTe光伏探测器外差探测极限性能的测量

本文详细地分析了外差探测的理论极限和实现的基本过程,并从实验上观察和测量了HgCdTe光伏探测器的极限探测。表明器件在本振功率为0.45mW,偏压为0.7V时,最小可探测功率达到1.7×10~(-19)W·Hz。     

Direct Measurement of Non-Classical Photon Statistics with a Multi-Pixel Photon Counter

Photon number resolving detectors with high accuracy bring broad applications in long-distance laser ranging, ultrafast spectroscopy, and quantum optics. In this paper, we observed the non-classical photon number distribution directly with a multi-pixel photon counter (MPPC) instead of a classic Hanbury-Brown and Twiss (HBT) system. The detector’s photon-number resolving ability was characterized by quantum detector tomography. To show the quantum feature of the detector, we further plotted the Wigner function, which was obtained corresponding to the positive operator value measure (POVM) elements. Finally, we declared the observation of non-classical photon statistics from a single color center in nanodiamond by using this detector.     

光外差宽带频率响应的测量

本文介绍了一种利用光外差技术测量光电探测器超宽带频率响应的方法,讨论了测量系统所应满足的测试条件,给出了利用CO_2激光器组成的测量系统对HgCdTe光电二极管频率响应的测量结果,并对此测量方法的独特之处进行了分析讨论。     

相干分辨外差干涉法的光学系统表面检测

提出了一人用相干分辨的外差干涉仪进行光学系统表面检测的方法，利用相干长度短的光源和位置探测器。该方法具有表面选择性，高分辨率和测量时间短等特点。     

偏振正交外差光信噪比监测技术研究

传统偏振方法监测光信噪比的准确性易受偏振模色散和非线性双折射影响,提出了一种新的偏振正交外差监测方法以克服传统偏振监测方法的缺点.该方法通过将信号分成两个支路并控制偏振态达到相对偏振态正交,用偏振正交的两支路信号外差混频消去信号,通过测量保留下来的差拍噪声实现对光信噪比的监测.仿真试验证实,该方法对偏振模色散和非线性双折射引起的信号偏振态变化不敏感.     

测量非连续曲面的偏振光差动像散传感技术

提出一种基于激光偏振光差动像散原理的非连续曲面绝对跟踪检测方法与技术。该方法依据被测表面反射到位于两柱面镜焦面、焦后等距放置的两探测器上的偏振光的形状,再经两探测器探测信号差动相减和光强归一化处理得到聚焦误差信号,进而达到对非连续三维被测表面的绝对测量和触发瞄准。偏振光差动像散传感器中,由于引入偏振光入射和偏振分光镜分光,使构成的偏振光差动像散检测技术有效抑制光源波动、光学器件间光束的多次反射等对测量结果的影响,显著改善了差动像散离焦检测技术的抗干扰能力和线性。该光学传感器的测量范围为±10μm,分辨力优于0.005μm,可测表面倾角达20°。     

声相关计程仪测速技术

声相关计程仪是利用相关技术获得载体航速和航程的导航仪器。在目前声相关测速文献的基础上,描述了声相关测速的基本原理,结合不同工作条件下的发射信号形式,对时间相关、空间相关和基于模型匹配的信号处理方法等相关测速技术进行阐述,最后对测速技术进行了展望,并给出了相关结论。     

Photon Acceleration of Laser-plasma Based on Compton Scattering

The one-dimensional electron density disturbance is studied by using the inelastic collision model of the relativity electron and photon group, the relativity theory, the momentum equation and the continuity equation, which is generated by a driving laser pulse and scattered laser pulse propagating through a tenuous plasma, and the electron density disturbance is closely associated with the incident laser and scattering laser. The electron plasma wave（EPW）is formed by the propagation of the electron density disturbance. Owing to the action of EPW, the increasing of the frequency of the photons in the incident laser pulses that there is a distance with the driving laser pulses is studied by using optical metric. The results show that it is possible that the photon will gain higher energy from the EPW when photon number is decreased and one-photon Compton scattering enters, the photon will be accelerated.     

基于单光子测量的无源测向方法研究

量子雷达的快速发展给雷达对抗带来了颠覆性的挑战,对抗的难点在于侦察.文中针对现阶段量子雷达信号接收与无源测向等问题,开展了基于单光子测量的量子雷达侦察技术研究,提出了针对量子雷达信号的无源测向方法,并通过实验和仿真计算验证了该方法的可行性.该方法解决了传统无源测向技术难以侦收量子目标信号的问题,可有效用于量子雷达辐射源...