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多路复用光子多普勒测速复用方案分析及实验研究

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中国激光 2014年第11期41卷 160-167页

作者：李建中刘寿先刘俊彭其先雷江波田建华中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

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... 详细信息

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。

关键词：光纤光学多路复用光子多普勒测速光学外差时分复用波分复用

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基于单探头实现两种技术同步复测的新测速仪

中国激光 2015年第10期42卷 165-171页

作者：李建中刘寿先刘俊雷江波田建华中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

在冲击波、爆轰、兵器、激光等众多研究领域中,均提出了使用单个探头对一个测点进行多种技术同步复测的迫切需求。为实现上述目标,分析了常规和外差式光子多普勒测速技术的工作机理、光学结构和复测难题,设计了一种基于单探头实现常规... 详细信息

在冲击波、爆轰、兵器、激光等众多研究领域中,均提出了使用单个探头对一个测点进行多种技术同步复测的迫切需求。为实现上述目标,分析了常规和外差式光子多普勒测速技术的工作机理、光学结构和复测难题,设计了一种基于单探头实现常规和外差式光子多普勒测速技术同步复测的方案,并根据该方案搭建了一套新型测速装置。设计了爆轰波加载铝飞片和铅粒子群的考核实验,实验结果显示,使用单个测速探头对单个或多个目标均实现了优异的测速效果,获得了2种技术在单次实验中各自独立测量到的待测目标速度曲线。该研究内容及实验结果对充分研究激光测速技术在单探头多技术复测方面的应用极具意义。

关键词：光纤光学光子多普勒测速速度光纤测速探头光学外差

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利用涡旋光束的旋转多普勒效应测量角速度

激光与光电子学进展 2019年第18期56卷 79-84页

作者：傅子玲王智崔粲王慧莹吴重庆王健北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室

携带轨道角动量的涡旋光束具有螺旋相位波前,照射到旋转物体上可以产生与拓扑荷数、转速成正比的旋转多普勒频移。利用旋转多普勒效应测量目标旋转角速度。使用空间光调制器的计算全息法产生涡旋光束,利用MATLAB控制加载在空间光调制器... 详细信息

携带轨道角动量的涡旋光束具有螺旋相位波前,照射到旋转物体上可以产生与拓扑荷数、转速成正比的旋转多普勒频移。利用旋转多普勒效应测量目标旋转角速度。使用空间光调制器的计算全息法产生涡旋光束,利用MATLAB控制加载在空间光调制器上的计算全息图的角速度来模拟物体的旋转,用光学外差法搭建光路,采用拓扑荷数分别为6,10,20的涡旋光束对旋转目标进行测量,利用CCD探测较弱的差频信号光,基于光强积分方法并通过时间采样,对实验数据进行余弦函数拟合,得到目标旋转角速度,结果与预设的数值一致。

关键词：光栅涡旋光旋转多普勒效应计算全息法空间光调制器光学外差

基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析

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应用科学学报 2020年第4期38卷 630-639页

作者：张尚剑王梦珂张雅丽张旨遥刘永电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础,器件的高频响应测量对于实现电光和光电转换具有重要的意义.为此,基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现从光域光谱到电域电谱的映射,在电域获得光谱和电谱的联合分析.... 详细信息

高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础,器件的高频响应测量对于实现电光和光电转换具有重要的意义.为此,基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现从光域光谱到电域电谱的映射,在电域获得光谱和电谱的联合分析.实验中,通过配置电域谱线的频率关系,利用移频外差将所需光载波和边带从光域映射到电域,实现了高速马赫-曾德尔调制器、相位调制器和光电探测器的自校准高频测试,获得了马赫-曾德尔调制器的调制指数、半波电压和啁啾参数、相位调制器的调制指数、半波电压以及光电探测器的响应度等多种高频参数.结果表明,该方法具有宽频段、高分辨率、多参数、自校准测试的优点.

关键词：电光调制器光电探测器频率响应微波光子光学外差

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表面等离子体波检测的新技术研究

光学学报 1996年第9期16卷 1322-1325页

作者：郭继华刘通神帅清华大学现代应用物理系

报道表面等离子体波的一种新的检测技术，可以同时获得表面等离子体波激发过程中反射光的相位和光强变化。理论计算表明，表面等离子体激发过程中，Ｐ偏振反射波相位的变化可达３００°。在此基础上建立了光学外差测量装置，可同时获得... 详细信息

报道表面等离子体波的一种新的检测技术，可以同时获得表面等离子体波激发过程中反射光的相位和光强变化。理论计算表明，表面等离子体激发过程中，Ｐ偏振反射波相位的变化可达３００°。在此基础上建立了光学外差测量装置，可同时获得相位和强度变化的信息，实验数据和理论计算吻合非常好。此方法比仅能给出强度变化的角度扫描衰减全反射（ＡＴＲ）方法，提供了更多的信息，而且相位检测比强度检测灵敏度高，为表面光学性质的研究、ＬＢ膜特征研究以及表面等离子体波传感器的研究提供了更有力的工具。

关键词：表面等离子体波相位检测光学外差等离子体

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基于前向调制的毫米波生成技术研究

基于前向调制的毫米波生成技术研究

作者：曹东亚北京交通大学

学位级别：硕士

通信的无线化和宽带化是现代信息产业研究的热点,也成为未来通信的发展方向。基于此,本文研究了光载无线通信ROF(Radio-Over-Fiber)技术。ROF作为新兴的宽带接入网,融合了光纤通信和无线通信的优势,使得Gb/s的通信传输成为可能,在未来... 详细信息

通信的无线化和宽带化是现代信息产业研究的热点,也成为未来通信的发展方向。基于此,本文研究了光载无线通信ROF(Radio-Over-Fiber)技术。ROF作为新兴的宽带接入网,融合了光纤通信和无线通信的优势,使得Gb/s的通信传输成为可能,在未来高速率、宽带化的无线通信系统中具有重要的应用。而毫米波的生成器作为ROF系统的本振源和发射源,影响着系统的性能,并在ROF系统起着至关重要的作用。本文针对毫米波的生成技术进行了研究与仿真分析,主要完成工作如下：1、论文首先介绍了ROF技术提出的背景、ROF技术的一些基本概念,并对基带、中频以及射频三种光纤传输方案进行了分析比较,总结了各自的优缺点,并介绍了ROF系统中的关键技术。2、分析了光学生成毫米波的主流方法,其中包括直接调制技术、外部调制技术、光外差方法和上变频技术。从它们的根本原理出发,搭建出结构模型,并对比各个模型,总结出其优缺点及需要考虑的问题,并提出了改进的方案。3、介绍了一种基于前向调制(FFM)技术产生毫米波的方案,研究了该方案的优缺点,并提出了新的改进后的方案。4、提出了新的基于FFM生成毫米波的方案,建立理论模型,并通过理论分析,建立了准确的计算模型,并推导出了包含需要的毫米波频率成分的电信号表达式。在该方案中,光源为频率差为70GHz的两个激光器,并通过前向调制技术产生两个相位噪声相关的频率分量,用阵列光栅滤出需要的频率分量,即为产生的毫米波信号。5、通过仿真试验,分析了各个参数对生成的毫米波的影响。需要适当调整激光器1和激光器2的线宽、时间延时、光纤传输的长度及色散系数,降低系统中毫米波功率的衰减项,得到高质量的毫米波信号。最后本文还对基于FFM生成毫米波的系统特点进行了总结,其中包括该方案的优点,以及在实际搭建系统中应该注意的问题。

关键词：毫米波射频光纤承载前向调制激光器线宽光学外差相位噪声

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激光多普勒高速形变位移测量系统的研究

激光多普勒高速形变位移测量系统的研究

作者：李彦锋天津大学

学位级别：硕士

20世纪以来,随着现代工业技术的发展,振动位移测试技术作为研究和解决工程实际问题不可缺少的一种手段,在生产和科学研究中的重要作用已被人们广泛接受。测量振动位移的方法有很多,激光多普勒振动位移测量的方法具有精度高、动态响应快... 详细信息

20世纪以来,随着现代工业技术的发展,振动位移测试技术作为研究和解决工程实际问题不可缺少的一种手段,在生产和科学研究中的重要作用已被人们广泛接受。测量振动位移的方法有很多,激光多普勒振动位移测量的方法具有精度高、动态响应快、测量范围大、非接触测量等特点,已成为当今振动位移测试技术重要的发展方向。本文从实际应用的角度出发,对激光多普勒高速振动位移测量的理论和信号的检测、处理和分析进行了理论和实验研究,并将其运用于密封圆柱形罐体爆炸现场的表面振动位移测试。第一章介绍了几种常用的振动位移测量技术,比较了各种测量方法的优缺点和适用范围。第二章介绍了激光多普勒技术的基本原理和基本的测量光路,并根据本课题要求设计了外差式纵向多普勒振动测量系统光路,并在参考路中加入了声光调制器件来实现频移,解决了速度测量的辨向问题。第三章针对本课题信号微弱的特点,设计了集光电检测、信号滤波和放大功能于一体的微弱信号检测电路,并提出了解决噪声干扰的具体措施。第四章介绍了对信号的采集和几种常用的多普勒信号处理方法,并根据本系统信号的高频、宽带、大动态范围、非平稳的特点,提出了采用短时傅立叶变化的方法来对信号进行处理,从而得到振动位移的变化情况。第五章以定性分析、定量分析和现场测试三个步骤对系统性能进行了测试,分别用振动音箱、振动台和爆炸圆柱形罐体三种方法来实现,通过一系列对比实验,本系统的测试结果达到了预期要求。文章最后总结了本系统的不足之处,分析了原因,并提出了一些改进意见和对下一步工作的展望。

关键词：振动位移测试激光多普勒光学外差微弱信号检测信号处理短时傅立叶变换(SFT)

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基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波产生研究

基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波产生研究

作者：史嫄嫄北京交通大学

学位级别：硕士

移动宽带化和宽带移动化已经成为未来通信的发展方向,光纤承载射频RoF(Radio over Fiber)通信技术,利用光纤实现毫米波副载波的传输,可实现大容量传输、高速率接入的通信需求,是国际研究热点之一。毫米波发生器作为RoF系统中的本振源和... 详细信息

移动宽带化和宽带移动化已经成为未来通信的发展方向,光纤承载射频RoF(Radio over Fiber)通信技术,利用光纤实现毫米波副载波的传输,可实现大容量传输、高速率接入的通信需求,是国际研究热点之一。毫米波发生器作为RoF系统中的本振源和发射源,对RoF通信系统的实现具有至关重要的作用。本文针对光学生成毫米波技术进行了研究与仿真分析,主要完成工作如下:1、着重对光学外差生成毫米波技术进行分析。从根本原理出发,搭建案例模型,对比各模型的优缺点,指出了每种模型存在的优势和需要考虑的问题,并提出改进的意见和建议。2、分析了光纤的色散效应和扰偏器的工作原理。建立了高斯啁啾脉冲受色散影响的研究模型,探讨了啁啾因子和光纤的色散系数以及脉冲初始宽度对脉冲展宽的影响。3、提出了RoF系统中基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波产生方案,并通过理论分析,建立较为准确的计算模型并推导得出产生的微波毫米波的频率表达式。通过耦合模理论分析得出经过充分扰偏的光脉冲进入保偏光纤后,由于受到光纤色散的作用,两个偏振态的光场相互耦合、相互作用后,会产生不同的频率偏移。具有频率差的两个偏振分量经过起偏器相干叠加,在高速光电探测器中拍频能够产生微波毫米波。4、通过仿真试验,讨论了在基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波产生方案中各个参数是如何影响系统所产生的微波毫米波的。由此得出只要适当调整光纤的色散参数、群时延、光纤长度、初始脉冲宽度以及高斯脉冲的啁啾因子就能选择性得到所需要的微波频率,并且该系统能够产生0～120GHz的微波毫米波,其频率范围基本涵盖当前微波无线通信所使用的电磁波波段,解决了电学方法和其他光学方法无法实现的高频段微波产生。5、总结基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波产生方案的优点。方案采用扰偏器,降低了对激光源的偏振要求,减小了因为光源的偏振不稳定以及光纤和光器件的偏振特性造成的偏振损耗;采用保偏光纤,使得基模场在光纤输出端具有稳定的偏振态,可以得到最大的相干效率。系统结构简单,稳定性好,频率可调、输出效率高。

关键词：微波毫米波微波光子 RoF 光学外差扰偏器保偏光纤

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激光微多普勒效应的仿真与实验研究

激光微多普勒效应的仿真与实验研究

作者：王学勤烟台大学

学位级别：硕士

微多普勒效应在目标探测、识别中的应用潜力受到日益关注。激光雷达由于具有测量精度高、抗干扰能力强等优点在微多普勒效应探测方面具有很好的应用前景。本文在建立激光雷达微多普勒效应数学模型的基础上,利用VC++编制了软件对应用激... 详细信息

微多普勒效应在目标探测、识别中的应用潜力受到日益关注。激光雷达由于具有测量精度高、抗干扰能力强等优点在微多普勒效应探测方面具有很好的应用前景。本文在建立激光雷达微多普勒效应数学模型的基础上,利用VC++编制了软件对应用激光雷达进行振动目标微多普勒效应的探测进行了仿真,并建立了一套工作于光波段的微多普勒效应实验系统,进行了原理性实验研究。采用时频域联合分析的方法对仿真信号和实验信号进行了分析,通过对多种时频分析方法的比较表明,采用重排伪平滑Wigner分布得到的时频图像具有较为理想的时频特性,该方法适合于振动目标微多普勒信号的分析,从得到的时频图中可以提取出振动目标的某些特征,为实现目标识别奠定了基础。通过在时域和时频域内对仿真信号和实验信号的比较表明,我们建立的仿真数学模型能够较好地模拟出实际情况下振动目标的微多普勒信号,而且实验的结果与仿真的结果具有很好的符合,通过对实验结果与仿真结果的比较分析,验证了仿真模型的正确性。

关键词：微多普勒激光雷达振动特征时频分析重排伪平滑Wigner分布光学外差