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谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状（特邀）

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光子学报 2024年第5期 44-61页

作者：王飞白禹卜韩南朝铭张仕泽李溢凡周彦汝邢恩博刘来刘文耀唐军刘俊中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室中北大学仪器与电子学院动态测试技术国家重点实验室

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应，有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而，谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱，容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰，成为其精度提升的瓶颈... 详细信息

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应，有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而，谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱，容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰，成为其精度提升的瓶颈。在陀螺的小型化过程中这一问题更加凸显。因此，对谐振式光学陀螺仪进行噪声抑制显得尤为重要。本文详细综述了谐振式光学陀螺中非互易性和互易性两大类噪声的原理及其抑制方法，总结了该领域近来年的研究现状及未来挑战与发展趋势，为我国谐振式光学陀螺发展提供参考。

关键词：谐振式陀螺光学陀螺光学噪声抑制背向散射效应克尔效应

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谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状

光子学报 2024年

作者：王飞白禹卜韩南朝铭张仕泽李溢凡周彦汝邢恩博刘来刘文耀唐军刘俊中北大学仪器与电子学院动态测试技术国家重点实验室中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室

关键词：谐振式陀螺光学陀螺光学噪声抑制背向散射效应克尔效应

基于FPGA与AD9786的调制解调电路的设计

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舰船电子工程 2024年第2期44卷 170-174页

作者：丁少轩刘文耀石云波刘昊东中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室太原030051

谐振式光学陀螺因其高理论精度、小型化以及高稳定性受到了国内外的强烈关注。针对于谐振式光学陀螺检测信号微弱的特点,需要对该信号进行调制解调,以实现陀螺的稳定输出,设计了一种基于FPGA和AD9786的高精度模拟信号源,该信号以FPGA作... 详细信息

谐振式光学陀螺因其高理论精度、小型化以及高稳定性受到了国内外的强烈关注。针对于谐振式光学陀螺检测信号微弱的特点,需要对该信号进行调制解调,以实现陀螺的稳定输出,设计了一种基于FPGA和AD9786的高精度模拟信号源,该信号以FPGA作为核心控制单元,AD9786作为数模转换器,实现16位的高精度DA转换,通过上位机实现指令的通信过程,可实现不同频率的交流信号。该实验结果表明,该系统符合陀螺测试系统调制解调要求,通过上位机对不同输出信号进行测试,且测试结果无纹波时输出噪声Vrms269μV,交流信号精度达到0.01%,最高频率可达到2M,稳定性高。

关键词：陀螺 FPGA AD9786 模拟信号

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快速响应的NV色心微波传感器实现及测量

传感器与微系统 2024年第5期43卷 158-160页

作者：张家璇刘鑫张立婷李中豪温焕飞中北大学量子与精密传感重点实验室仪器与电子学院山西太原030000

高精度微波快速测量技术是电磁频谱分析监测的核心,微波测量技术为微波传感器的高精度测量提供了可能。通过建立NV色心空间磁场能级响应频率精密调谐模型,结合NV色心光学宽场成像技术,实现了高精度、响应快可调的微波测量。首先,通过连... 详细信息

高精度微波快速测量技术是电磁频谱分析监测的核心,微波测量技术为微波传感器的高精度测量提供了可能。通过建立NV色心空间磁场能级响应频率精密调谐模型,结合NV色心光学宽场成像技术,实现了高精度、响应快可调的微波测量。首先,通过连续光探测磁共振(ODMR)技术,结合宽场成像技术,通过像素级磁场强度-微波频率转化关系,实现宽场成像的微波测量;进而将连续扫频技术转变为施加定频进行检测,通过同步监测频点不同的响应特性,验证了测试结果的有效性。以上结果为高精度固态量子频谱分析仪、高瞬时带宽频谱微波传感器提供了重要技术基础。

关键词：微波检测磁场调谐 NV色心光探测磁共振技术

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高频率分辨的金刚石NV色心宽频谱成像技术

物理学报 2024年

作者：申圆圆王博柯冬倩郑斗斗李中豪温焕飞郭浩李鑫唐军马宗敏李艳君伊戈尔·费拉基米罗维奇·雅明斯基刘俊中北大学半导体与物理学院太原工业学院电子工程系中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室俄罗斯国立莫斯科大学先进技术中心中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室日本大阪大学工学研究科精密科学应用物理学版

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值。金刚石氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择。... 详细信息

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值。金刚石氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择。目前，基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析，然而其频率分辨率仅达到MHz水平。本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统，利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码，成功获取了900 MHz-6.0 GHz范围内完整的频谱数据。在可测频谱范围内，系统进一步采用连续外差的方法，同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发，增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应。该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率，并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量。以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨，为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持。

关键词： NV色心宽频谱测量高频率分辨率

基于硅MEMS技术的高灵敏度微型光纤法布里-珀罗压力传感器

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光子学报 2024年第5期53卷 149-157页

作者：李文豪贾平岗王军薛波万顺侯凯耀熊继军中北大学仪器与电子学院省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对... 详细信息

基于微机电系统技术设计制备了一种微型化光纤法布里-珀罗传感器,具备高灵敏度和可批量制造的特点。传感器内部的法珀腔由刻蚀后的SOI晶圆与BF33玻璃阳极键合而成,传感器敏感膜片采用了绝缘衬底上的单晶硅材料。采用激光精细切割技术对传感器单元进行独立分离,使得单个传感器的整体外径仅为400μm,高度为220μm。在此基础上,搭建了信号解调实验平台,并对传感器的感压特性进行了详尽测试。测试结果显示,在0~50 kPa的压力范围内,传感器的压力灵敏度可达到18.5 nm/kPa,最大非线性度为0.47%,重复性为0.18%,迟滞为0.18%。此外,该传感器具有体积小、灵敏度高、电磁兼容、生物兼容以及稳定性强等优点,在生物医学和医疗领域具备巨大的商业转化价值。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗微型化压力测量微机电系统

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基于FBG传感器的卫星天线形变重构技术

红外与激光工程 2024年第6期53卷 135-145页

作者：赵继春李元浩宋育苗安国文贾平岗熊继军中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051

针对由温度变化和外界机械载荷等因素引起的卫星天线结构形变重构需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的可视化形变重构技术。利用非金属封装材料和聚酰亚胺光纤光栅制备了FBG应变传感器和温度传感器进行应变与温度的测量,采... 详细信息

针对由温度变化和外界机械载荷等因素引起的卫星天线结构形变重构需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的可视化形变重构技术。利用非金属封装材料和聚酰亚胺光纤光栅制备了FBG应变传感器和温度传感器进行应变与温度的测量,采用光纤传感解调系统实现结构的形变重构。搭建了变温环境天线结构模拟试件形变重构测试平台,采用激光测距仪完成对比测试。研究结果表明,通过相同工艺制备的FBG传感器具有很好的一致性,常温下FBG传感测量的误差小于5.94%,变温环境下的测量误差小于6.97%。重构后的曲面能够真实反映模拟试件的形变情况,验证了该系统的有效性。该技术在卫星天线结构形变重构领域中有良好的应用前景。

关键词：形变重构 FBG传感器应变检测温度解耦卫星天线

高频率分辨的金刚石氮-空位色心宽频谱成像技术

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物理学报 2024年第6期73卷 339-348页

作者：申圆圆王博柯冬倩郑斗斗李中豪温焕飞郭浩李鑫唐军马宗敏李艳君伊戈尔·费拉基米罗维奇·雅明斯基刘俊中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学半导体与物理学院太原030051 中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室太原030051 太原工业学院电子工程系太原030008 日本大阪大学工学研究科大阪5650871 俄罗斯国立莫斯科大学先进技术中心莫斯科119311

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基... 详细信息

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析,然而其频率分辨率仅达到MHz水平.本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统,利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码,成功获取了900 MHz—6.0 GHz范围内完整的频谱数据.在可测频谱范围内,系统进一步采用连续外差的方法,同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发,增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应.该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率,并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量.以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨,为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持.

关键词：氮-空位色心宽频谱测量高频率分辨率

基于高效荧光收集的氮-空位色心磁强计灵敏度提升技术研究

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自动化与仪器仪表 2024年第7期 22-26页

作者：王天宁刘严康刘振华申圆圆中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学量子传感与精密测量山西省重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学半导体与物理学院太原030051

近年来,集成化金刚石氮空位色心磁强计引起了广泛的学术关注。然而,高灵敏度集成磁强计的发展受到了荧光收集效率低下的阻碍。为解决此问题,创新性地引入了金刚石表面磁控溅射反射涂层和侧壁切角技术,有效将荧光收集效率从34.2%提升至67... 详细信息

近年来,集成化金刚石氮空位色心磁强计引起了广泛的学术关注。然而,高灵敏度集成磁强计的发展受到了荧光收集效率低下的阻碍。为解决此问题,创新性地引入了金刚石表面磁控溅射反射涂层和侧壁切角技术,有效将荧光收集效率从34.2%提升至67.9%。经过处理的金刚石被集成在了2.9×2.1×2 cm^(3)体积之内的磁强计探头中。测试结果显示,在同样的磁强计体积内,切角和涂层技术的应用使得磁强计灵敏度从21.3 nT/Hz^(1/2)提升到5.7 nT/Hz^(1/2)。因此,通过切角和涂层增强了荧光强度的收集,提升了集成化金刚石NV色心磁强计的灵敏度。

关键词：金刚石NV色心集成磁强计荧光收集方式系统灵敏度

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