1 盐城工学院 电气工程学院, 盐城 224051
2 盐城师范学院 物理与电子工程学院 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心, 盐城 224007
3 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台, 盐城 224007
传统的测风激光雷达双反射镜式2维扫描系统体积较大、结构相对复杂, 不利于系统小型一体化集成。基于旋转双圆楔形棱镜, 研究了新型2维光学扫描系统; 分析了系统的工作原理, 推导出了双圆楔形棱镜的旋转角与出射光束方位角及天顶角之间的简单正反向函数关系式, 对楔形棱镜的折射率和楔角进行了优化选取和设计。结果表明,当工作波长为532 nm、楔形棱镜材料折射率为2.03时, 最优设计楔角为19.5°; 出射光束最大天顶角不仅取决于楔形棱镜折射率和楔角, 还受光束压缩效应的制约。该系统结构紧凑、便于集成, 能实现出射光束大范围和快速高精度的扫描, 也能实现测风激光雷达以平面位置显示、距离高度显示等光束扫描模式工作。
光学设计 2维扫描系统 测风激光雷达 旋转双楔形棱镜 光束指向 正反解 optical design 2-D scanning system wind LiDAR rotational double wedge prism beam steering forward and inverse solutions
1 盐城师范学院 物理与电子工程学院 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心，江苏 盐城 224007
2 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台，江苏 盐城 224007
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
提出了基于双法布里-珀罗干涉仪（FPI）的多纵模米散射多普勒激光雷达技术，分析了探测原理，并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配，并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域，由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大；频率匹配误差不变时，EV随风速增大而缓慢减小；当频率匹配误差小于10 MHz时，EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数，对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明：在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内，当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时，系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s；在无云条件下，系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。
激光雷达 大气风场 多纵模脉冲激光 法布里-珀罗干涉仪 米散射 lidar atmospheric wind multi-mode pulse laser Fabry-Perot interferometer Mie scattering 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220762
1 盐城师范学院 物理与电子工程学院 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心，江苏 盐城 224007
2 江苏省大气探测激光雷达技术军民融合创新平台，江苏 盐城 224007
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理，并据此构建温度探测的理论模型，导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配，并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差，结果表明：后向散射比越大，相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大；频率匹配误差对温度测量的影响大，为保证低层大气温度测量准确，频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数，对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明：在0~20 km高度范围内，通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小，在2 km以上可忽略不计；若出现云层、沙尘等，对应高度的温度测量偏差将会较大；垂直距离分辨率取30 m@0~12 km和60 m@12~20 km、时间分辨率取1 min时，白天和晚间由噪声引起的温度测量误差分别小于3.7 K和3.5 K，后向散射比相对测量误差分别小于0.40%和0.38%。
激光雷达 大气温度 多纵模脉冲激光 法布里-珀罗干涉仪 瑞利散射 lidar atmospheric temperature multi-mode pulse laser Fabry-Perot interferometer Rayleigh scattering 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220573
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息学功能材料国家重点实验室, 上海, 200050
2 中国科学院超导电子学卓越创新中心, 上海, 200050
3 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心, 北京, 100049
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)作为一种新型的单光子探测器,相比于传统半导体或超导单光子探测器,具有高探测效率、低暗计数率、低时间抖动、高计数率和宽谱响应等优势。这使其可以应用于诸多领域,如量子通信、量子光源表征、激光测距、成像雷达等。本文将对SNSPD做一个简单的介绍,并着重介绍SNSPD在成像方面的应用进展,主要包括不同成像原理的介绍以及基于这些原理的SNSPD成像技术的最新研究进展,并对基于SNSPD成像的未来发展趋势进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011005
1 重庆理工大学1. 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室
2 2. 重庆市现代光电检测技术与仪器重点实验室 重庆 400054
为了在线测量微生物燃料电池内溶解氧浓度, 提高微生物燃料电池的产电效率, 利用荧光猝灭原理, 采用邻啡咯啉钌作为荧光标记物, 并采用溶胶-凝胶法制备了氧敏感膜。将该敏感膜固定在塑料光纤表面, 通过测量荧光指示剂发出的荧光强度实现了对溶解氧浓度的测量。实验结果表明, 传感器的相对荧光强度与溶解氧浓度具有较好的线性关系, 拟合系数达到0.9807, 且传感器具有良好的可逆性。
塑料光纤 荧光猝灭 溶解氧 传感器 plastic optical fiber fluorescence quenching dissolved oxygen sensor
1 重庆理工大学重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
2 重庆理工大学电气与电子工程学院, 重庆 400054
3 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
针对光纤光栅pH值传感器的响应灵敏度低、交叉敏感等问题, 提出了一种包覆pH值敏感型智能水凝胶的极大倾斜角度光纤光栅(Ex-TFG)pH值传感器。理论上研究了Ex-TFG pH值传感器的响应原理, 分析了影响传感器灵敏度的因素, 提出了提高测量灵敏度的方法。结合pH值敏感型智能水凝胶独特的响应特性设计和制作了传感器, 并进行了相应的实验研究。实验结果表明, 相对基于光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的pH传感器, 基于Ex-TFG的pH值传感器可有效提高对pH值的响应灵敏度(最大可达-0.718 nm/pH), 并且可以扩大pH值的检测范围。通过增加水凝胶的包覆厚度, 可增加pH值传感器的测量灵敏度。
光纤光学 传感器 pH值 极大倾斜角度 光纤光栅 智能水凝胶 灵敏度
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
Solar-blind ultraviolet detection is of great importance in astronomy and industrial and military applications. Here, we report enhanced solar-blind ultraviolet single-photon detection by a normal silicon avalanche photodiode (Si APD) single-photon detector with a specially designed photon-collecting device. By re-focusing the reflected photon from the Si chip surface on the detection area by the aluminum-coated hemisphere, the detection efficiency of the Si APD at 280 nm can be improved to 4.62%. This system has the potential for high-efficiency photon detection in the solar-blind ultraviolet regime with low noise.
040.1345 Avalanche photodiodes (APDs) 040.1880 Detection 040.5160 Photodetectors 040.6040 Silicon 040.7190 Ultraviolet Chinese Optics Letters
2016, 14(3): 030401
湖南大学 信息科学与工程学院 微纳光电器件及应用教育部重点实验室, 长沙 410082
针对偏振复用相位调制信号的全光波长变换特性问题，基于半导体光放大器中四波混频效应，建立了对偏振复用正交相移键控信号的全光波长变换理论模型.根据理论分析，建立了仿真系统，仿真结果表明：泵浦光与信号光之间的频率间隔、偏振复用信号中的一个信号与一号泵浦光的偏振夹角对系统转换效率和信号质量有影响；波长转换过程中交叉相位调制产生的相位噪音会对信号质量有影响，且当泵浦光功率较大、泵浦光功率远大于信号光功率时，交叉相位调制效应的影响较小，仿真结果与理论分析一致.本文研究方法和相关结论对其它偏振复用信号基于半导体光放大器四波混频效应的波长变换研究有一定的参考价值.
光通信技术 正交相移键控 全光波长变换 四波混频 半导体光放大器 Optical communication Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) All-optical wavelength conversion Four-Wave Mixing (FWM) Semiconductor Optical Amplifier (SOA)
为了减小光纤的色度色散对光纤正交频分复用（OFDM）系统性能的影响，提出了将无线通信中的信道估计器引入光纤OFDM系统进行信道估计的色散补偿方法。在理论上分析了光纤的色度色散对于传输OFDM信号的影响，并在实验中采用梳状导频的形式，在每个OFDM码元的特定的子载波上插入导频，在接收端通过基于最小平方（LS）原则的LS估计器进行信道估计，得到了OFDM光纤传输的信道幅度响应和相位响应，通过使用LS估计器，直接调制的光OFDM信号在单模光纤中传输200km，误比特率低于10-6，功率代价小于2dB。结果表明，高频子载波较低频子载波更容易受到色散的影响，在光纤OFDM系统中引入信道估计器进行信道估计能够有效补偿由色度色散带来的相位偏移和幅度衰减。
光通信 正交频分复用 色散补偿 信道估计 optical communication orthogonal frequency division multiplexing dispersion compensation channel estimation
