Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
2 Key Laboratory for Quantum Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We demonstrate a simultaneous transmission of time-frequency and data over a 160-km urban business network in Shanghai. The signals are transmitted through a cascaded optical link consisting of 48 km and 32 km, which are connected by an optical relay. The metrological signals are inserted into the communication network using dense wavelength division multiplexing. The influence of the interference between different signals has been discussed. The experimental results demonstrate that the radio frequency (RF) instability can reach at 1 s and at 10,000 s, and the time interval transfer of one pulse per second (1 PPS) signal with less than 10 ps at 1 s is obtained. This work paves the way for the widespread dissemination of ultra-stable time and frequency signals over the communication networks.
simultaneous transmission radio frequency transfer communication network wavelength multiplexing Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011201
1 南京航空航天大学 机电学院，江苏南京2006
2 北京航天计量测试技术研究所，北京100076
为了减小多源跨尺度点云数据尺度与数据量上的差异，提出了一种基于小波变换的点云多尺度分解方法。对细节丰富的小尺度点云数据进行多尺度分解，以及尺度分解在跨尺度点云数据配准中的应用进行研究。首先，对小尺度点云进行栅格建模，建立全局点云二值表达函数。根据离散小波变换理论，对栅格点云进行多次的三维小波分解，利用小波尺度函数的低通特性，保留低频信息来获取原始小尺度点云的近似尺度数据。然后，基于面维数和差体维数差表征与原始数据的相似度，确定有效的小波分解级数。最后，将各级分解得到的点云数据与大尺度点云数据进行精确配准，并将配准关系应用于原始点云，提高跨尺度点云的配准精度。实验结果表明：本文提出的多尺度分解方法能够对数据进行有效分解，应用于某航空发动机叶片多尺度测量中，将显微测量的局部气膜孔小尺度点云数据与整体叶片结构光数据配准，配准精度提升了61.36%。该分解方法应用于叶片边缘与栅格零件多尺度测量中，配准精度分别提升了48.59%，43.86%。所提的点云多尺度分解方法能够有效分解小尺度点云数据，大幅提升跨尺度数据的配准精度。
多尺度分解 小波变换 体维数 面维数 点云配准 multi-scale decomposition wavelet transform body dimension area dimension point cloud registration
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
针对传统自适应导通时间控制DC-DC变换器工作频率范围窄的问题，提出了一种宽频应用的自适应计时电路。在锁相环调制DC-DC变换器的基础上，采用全CMOS电流乘法器，将振荡器的电流引入计时电路，使计时电路的中心频率跟随振荡器的基准频率变化，从而使自适应导通时间控制DC-DC变换器工作在较宽频率范围。基于0.18 μm BCD工艺对该自适应计时电路进行仿真验证。结果表明，应用该自适应计时电路的DC-DC变换器频率范围为0.27~3 MHz。
自适应计时 锁相环调制 宽频应用 CMOS电流乘法器 adaptive timing phase-locked loop modulation broadband application CMOS current multiplier
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
基于0.18 μm BCD工艺, 提出了一种外部可调、带限流的折返式LDO过流保护电路。该电路同时具有限流和折返功能。限流部分通过电流镜构成的环路箝位最大输出电流, 折返部分通过误差放大器构成的负反馈环路产生与输出电压成比例的电流折返输出电流。与传统过流限结构相比, 新结构可降低功耗, 保护功率管不被烧毁; 与传统折返式结构相比, 新结构可通过调节外部电阻方便地调节过流限与折返点电压, 避免了稳压器的闩锁现象。在1.2 V典型输出下, LDO电路的仿真验证结果表明, 在调节四组不同的外部电阻值条件下, 过流限范围为215~350 mA, 折返电压范围为450~900 mV, 输出短路时, 功率管的功耗降至230 mW。
线性稳压器 过流保护 外部可调 闩锁 LDO over current protection externally adjustable latch-up
1 中电科仪器仪表有限公司，山东青岛266555
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东青岛266555
采用门控淬灭技术的单光子探测更容易实现高速探测，并且使用寿命更长。门控信号的宽度与探测噪声及探测效率直接相关。基于高速D触发器特性以及高精度可编程延迟芯片，提出了一种频率和门控信号宽度可调的脉冲信号产生方法。通过对芯片特性进行研究，设计了实验电路并对实验结果进行了展示和讨论。结果表明，该方法能够产生最小门宽1 ns、最大频率100 MHz的门控信号。
门控淬灭 单光子探测器 门控信号产生 可控窄脉冲 gated quenching single photon detector gated signal generation controllable narrow pulse
相位校正是傅里叶光谱仪的关键处理步骤, 校正精度受仪器特性和不受控环境因素等的影响, 如干涉仪温度变化、 机械振动等。 针对干扰因素引入的相位不确定性及由此带来的校正难题, 在对傅里叶光谱仪相位特性进行量化分析的基础上, 将测量光谱相位分解为干涉仪温度相关的仪器相位和零光程点采样误差相关的线性相位。 其中, 仪器相位主要由傅里叶光谱仪自身特性决定, 受到干涉仪温度波动影响, 干涉仪温度稳定时的仪器相位大致为常数; 零光程差点采样误差是线性相位的主要来源, 并且每次测量时的采样零光程差点位置都有所不同, 这会导致每个获取干涉数据的光谱相位不同。 假设干涉仪稳定在温度限内的仪器相位大致为常数, 就可将相位处理简化为对线性相位的校正, 而包含仪器相位的剩余相位则可在后续的辐射定标过程中予以剔除。 相位处理的具体流程如下, 获取反演光谱相位数据后, 考虑仪器相位的温度相关性, 首先采用最小二乘拟合方法提取线性相位项, 然后基于提取的线性相位对干涉数据进行对称化处理, 对称化处理后的干涉数据相位足够稳定, 允许通过光谱均值降低振动等物理效应的干扰, 最后在辐射定标过程中, 使用复数辐射定标流程, 并取定标结果实部作为目标场景的标定光谱辐射数据, 即可移除大部分仪器相位, 从而完成了相位校正。 实验验证环节, 首先采用最小拟合方法得到并移除测量光谱的线性相位项后, 分析了不同阶次拟合多项式对仪器相位提取精度的影响, 结果表明, 5次多项式即可满足需求, 此时的均方误差为0.13 rad, 更高阶次不会继续改善提取精度。 然后基于5次多项式, 获取了干涉仪温度为283, 290和300 K时的仪器相位。 测量光谱数据移除线性相位和仪器相位后, 残余相位误差为幅值在零点处分布的随机噪声, 结果表明仪器相位具有温度相关性, 与理论假设相符。 最后, 实验验证了相位处理方案的可行性, 结果表明校正相位残差优于±0.04 rad, 辐射不确定度优于0.8 K。
红外傅里叶光谱仪 相位处理 仪器相位 复数辐射定标 Infrared fourier transform spectrometer Phase processing Instrument phase Complex radiometric calibration 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3328
1 中电科仪器仪表有限公司, 山东 青岛 266555
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
光纤受激布里渊效应是一种非常重要的光纤非线性效应, 受激布里渊增益谱的线型特性, 对于光谱分析、 微波光子学、 光纤传感等领域的应用, 至关重要。 针对增益谱线型特性研究, 现有方法难以获取高信噪比的增益谱数据, 介绍了一种采用两个窄线宽激光器的增益谱测量方法, 其中一个激光器作为探针信号, 另一个可调谐激光器作为泵浦信号在宽波段范围内进行推扫。 得益于激光器的高信噪比单谱线特性, 并利用偏振跟随特性, 实现了高信噪比的受激布里渊增益谱测量。 测量并分析了不同泵浦功率, 对于谱型和线宽等受激布里渊增益特性的影响, 特别是, 直接实验测量了增益谱型从洛伦兹线型到高斯线型的演化, 揭示了泵浦功率等影响受激布里渊增益水平的因素, 对于增益谱线型的影响。 实验发现, 当泵浦功率超过15 dBm时, 增益谱出现饱和效应, 导致测量增益谱线宽开始随泵浦功率提高而展宽, 难以直接测量得到高泵浦功率时的高斯线型的增益谱。 提出通过归一化等校正处理, 以获取受激布里渊增益谱与待测信号光谱的有效卷积信息, 从而得到了近似为高斯线型的增益谱型； 针对中间增益区域增益谱型较为复杂, 缺少合适增益谱线型演化数学模型的难题, 给出了一种基于k次洛伦兹函数拟合的谱型模型, 描述从洛伦兹线型到高斯线型的完整演进过程。 实验表明拟合效果良好, 是一种行之有效的受激布里渊增益谱线型数学模型, 可完整描述增益谱在不同增益时的线型。 最后, 探索了受激布里渊效应在光谱分析方面的应用, 通过合理选择泵浦功率等手段, 增益谱型为高斯线型时的光谱分光效果最佳, 获取了0.2 pm分辨率的6314CA稳定光源的光谱, 显示了光纤受激布里渊效应在超高分辨率光谱分析领域的巨大技术优势, 而这对于新一代光网络的验证评估至关重要。
受激布里渊增益谱 线型特性 谱型演化 泵浦功率 光谱分析 Stimulated brillouin scattering gain spectrum Lineshape property Lineshape evolution Pump siganl power level Spectral analysis 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2307
1 中电科仪器仪表有限公司, 山东 青岛 266555
2 中国电子科技集团有限公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
针对最高分辨率可达0.1 pm的布里渊近红外光谱仪波长标定的难题,基于多次标定逐步降低波长误差的思路,提出了一种协同融合标定原理的标定流程:首先,基于布里渊光谱分析理论模型,结合泵浦信号波长、受激布里渊频移、增益谱线型函数等推导出超高分辨率光谱的理论波长;然后,采用FP标准具进行相对波长的标定;最后,基于气室完成绝对波长的标定。气室中充入HCN+ 12CO+ 13CO混合气体,以实现C+L波段的覆盖。针对可能存在的光谱鬼线,提出了一种基于受激布里渊增益谱与衰减谱共生特性的鬼线识别方法。实验结果表明:布里渊光谱仪的理论波长偏差超过了10 pm,相对标定可将波长不确定度降低到±2.5 pm,绝对标定可将波长不确定度进一步降低到±0.035 pm。
光谱学 布里渊光谱仪 光纤受激布里渊效应 超高分辨率光谱 波长标定 FP标准具 气室 光学学报
2020, 40(20): 2030001
1 中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所), 北京 100036
2 防灾科技学院, 河北 燕郊 065201
测量获得了金刚石压腔系统中碳化钨基座单轴下的总压应力(F/N)-应变(ε/μm/m)关系: F=3.395ε+12.212(R2=0.999 9), 研制出可以在定量单轴压力下原位测试样品谱学特征的装置。 利用该装置测试了单轴压力在2548.664 MPa下单晶硅片的拉曼谱峰。 测试结果表明, 当压力垂直于单晶硅样品［100］结晶面时, 样品的519.12 cm-1谱峰随压力增大有规律的向高频方向偏移, 谱峰频移量(Δω/cm-1)与压力(σ/MPa)的增加呈显著的线性关系, 线性方程为σ=365.80Δω+10.19。 式中的常数项在一定程度上反应了样品本身存在的残余应力; 一次项系数与理论计算得到的结果存在一定差异, 可能是由于本实验考虑了样品受力的定向性。 Δω-σ线性关系式中的常数项可能代表两层含义: 一是实验过程中存在的误差; 二是在一定程度上反应了硅片本身存在的内应力的大小。
单轴压力 单晶硅片 拉曼谱峰 残余应力 Uniaxial pressure Monocrystalline silicon wafer Raman spectrum peak Residual stress 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1261
1 中国地震局地质研究所, 中国地震局活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
2 中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所), 北京 100036
3 防灾科技学院, 河北 燕郊 065201
对汶川地震断裂带深溪沟出露的基岩错动面两侧岩脉中的石英矿物进行了拉曼谱峰测定, 并根据所测石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数的偏移量估算了断裂带中的压应力分布。测试结果表明, 错动面附近岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量为3.29 cm-1, 相应的压应力值为368.63 MPa, 明显低于错动面两侧应力积累, 这可能是由于错动面的多次活动导致了应力不断得到释放。断裂南东盘(下盘)远离错动面, 岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量具有增加的趋势, 相应的应力积累也逐渐增强, 距错动面21 m处的石英样品的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移4.40 cm-1, 相应压应力可达到494.77 MPa。剖面北西盘(上盘)在距错动面10 m处, 样品464 cm-1拉曼谱峰的偏移量达到最大值, 相应的应力积累为519.87 MPa, 其后远离错动面应力积累开始减弱, 在北西盘17 m处, 应力积累骤然下降至400.37 MPa。在西北盘距错动面27 m处, 岩脉石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量下降至3.21 cm-1, 应力已经减弱到359.59 MPa, 这可能是由于该处位于断裂带的边缘, 远离错动面, 受到了较小的断层活动的影响。因此, 汶川地震断裂带内的应力虽然得到部分释放, 但剩余的应力分布并不均匀, 而且在局部还存在较高的应力积累, 这反应了断裂带中岩石的力学性质在空间上具有不均匀性。
岩脉 石英 断裂带 拉曼谱峰 应力 Veins Quartz Fault zone Raman spectrum Stress
