1 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
2 中国航天科工集团第六研究院六〇一所，内蒙古 呼和浩特 010010
3 北京大学电子学院，北京 100084
提出一种多相机共光路层析成像方法，对火焰的时空演化特性进行表征。首先，在成像光路结构中利用级联分光棱镜将光能量分配到不同探测通道，在同步控制器驱动下，成像系统能够对瞬态火焰的不同断面同时进行聚焦。其次，建立光学层析系统的空间物像映射关系，基于反卷积算法实现火焰不同断面位置处自发辐射特性的数值解析。实验结果表明，不同相机能够同步独立地获取火焰辐射信息，可实现对动态火焰的高空间分辨率测试。
成像系统 层析重构 分光探测 物像映射 动态火焰 高时空分辨率
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220352
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西 太原 030051
2 北京京航计算通讯研究所,北京 100074
基于三角波调相谱技术的谐振式集成光波导陀螺(RIOG)信号检测,光波相位调制引入的频谱分量所带来的光学噪声成为限制陀螺性能提升的主要因素。结合光波在三角波相位调制下的频率变化特性和波导谐振腔的光传输特性,给出了三角波调制下的同步解调信息;依据三角波调制下对背向散射噪声抑制的幅度调制参数和系统最大灵敏度工作点的频率调制参数,结合多光场叠加原理,理论仿真分析了谐振谱不同谐振区的输出脉冲噪声,这种脉冲噪声将对工作于不同调制频率下顺逆时针传输光波的信号采集区带来干扰;搭建了基于二氧化硅波导环形谐振腔的陀螺实验系统,分别测试了激光扫描下谐振腔不同谐振区的脉冲噪声和激光频率锁定在谐振腔谐振点时的脉冲噪声,与理论分析一致。分析结果表明,RIOG采用的三角波调相谱信号检测技术存在无法克服的脉冲噪声,针对不同要求的RIOG,给出了相应的调制技术方案,这为RIOG的工程化和性能优化提供了技术参考。
谐振式光波导陀螺 调相谱 脉冲噪声 频率锁定 载波抑制 resonator optical waveguide gyroscope phase modulation pulse noise frequency locking carrier suppression
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement of Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, China
The resonator integrated optic gyros (RIOGs) based on the Sagnac effect have gained extensive attention in navigation and guidance systems due to their predominant advantages: high theoretical accuracy and simple integration. However, the problems of losing lock and low lock-in accuracy are the bottlenecks, which restrict the development of digital RIOGs. Therefore, a multilevel laser frequency lock-in technique has been proposed in this Letter to address these problems. The experimental results show that lock-in accuracy can be improved one order higher and without losing lock in a variable temperature environment. Then, a digital miniaturized RIOG prototype (18 cm × 18 cm × 20 cm) has been produced, and long-term (1 h) bias stability of 26.6 deg/h is successfully demonstrated.
060.2800 Gyroscopes 120.5790 Sagnac effect 140.5960 Semiconductor lasers Chinese Optics Letters
2018, 16(4): 040601
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学理学院，山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
针对传统光谱仪和F-P干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求，基于延时自外差法搭建测试平台。设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验，通过使用20 km延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50光纤耦合器，通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号。对频谱分析仪分辨带宽RBW和视觉带宽VBW以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置，在不降低测试灵敏度的情况下，将重叠信号分辨开，使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合。最后得到了1 550 nm波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz，为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考。
频谱仪 线宽测量 窄线宽激光器 延时自外差法 分辨带宽 spectrum analyzer linewidth measurement narrow linewidth laser DSHI resolution bandwidth
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 理学院, 太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 太原 030051
谐振光学环型腔作为光学陀螺的核心敏感单元, 其光学调制谱和与之对应的鉴频曲线的特性成为提高光学陀螺系统检测灵敏度的关键。为了研究光学陀螺的调制和鉴频谱线特性, 优化陀螺性能, 设计并搭建了实验测试系统, 光纤环形谐振腔采用分光比为50∶50、直径17 cm的保偏光纤, 总长2.2 m。使用直流高压放大器扫描窄线宽激光器(线宽小于1 kHz)的压电转化模块,扫描频率和电压分别选取20 Hz和1 V, 使用模拟比例积分电路进行锁频并反馈给激光器的压电转化模块, 使激光器的输出频率跟踪谐振腔实时变化。研究分析了光纤环型谐振腔在两种情况下所对应的透射谱和鉴频曲线: 第一种情况为调制电压分别为2 V和4 V, 对应调制频率从100 kHz到4 MHz变化;第二种情况为当调制频率为900 kHz, 调制电压从2 V到10 V变化。通过实验, 得到了不同调制参数下光学陀螺谱线的谐振深度、半高全宽、线性带宽、动态范围、品质因数、标度因数以及对应的锁频精度七种物理量的详细变化情况, 并进一步得到了静态测试条件下三种陀螺的最佳调制频率及与之所匹配的调制电压。为进一步研究激光调制对光纤环型谐振腔光谱的影响提供指导。
光纤环型谐振腔 调制参数 透射谱 鉴频曲线 锁频精度 fiber ring resonator modulation parameter transmission spectra frequency discrimination curve the precision of lock-in frequency 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024146
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051
2 中北大学 电子测试技术重点实验室,太原 030051
3 中北大学 理学院, 太原 030051
模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线, 得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点, 鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区, 线性区中点对应谐振点, 可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频, 设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案, 使用比例积分反馈电路实施锁频, 利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1 kHz)的压电转化模块, 使激光器谐振腔长发生变化, 从而改变其输出频率, 对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107, 对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出, 并通过转动测试, 得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度, 结果表明：谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍, 验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.
谐振式光学陀螺 阶梯效应 锁频 谐振点 非谐振点 Resonant optical gyroscope Ladder effect Locked Resonance point Non-resonant point 光子学报
2014, 43(12): 1214002
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室
2 电子测试技术重点实验室,太原030051
谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3 dB,比正弦波调制时高出6 dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.
谐振式光学陀螺 谐振腔 相位调制 背向散射 载波 Resonant optic gyroscope Resonant cavities Phase modulation Backscattering Carrier 光子学报
2014, 43(10): 1019001
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
2 中北大学电子测试技术重点实验室, 太原 030051
理论上分析了谐振式陀螺系统中的传输特性和正弦波调制特性。为了实现谐振频率的跟踪锁定, 设计并搭建了谐振频率跟踪锁定试验系统。通过正弦波调制、解调得到了谐振频率跟踪锁定需要的鉴频曲线。利用PID反馈控制电路和得到的鉴频曲线实现了谐振频率的跟踪锁定, 并进一步评估得到了谐振频率跟踪锁定的精度和稳定度。为光学微谐振腔的谐振频率跟踪锁定技术的深入研究提供了参考。
光学微球腔 跟踪锁定 调制解调 PID反馈控制 传感技术 optic microsphere cavity tracking and locking modulation and demodulation PID feedback control sensing technology
目的应用离体牙研究比较 Er,Cr∶ YSGG激光备洞与牙钻备洞对树脂充填微渗漏的影响. 方法将 30颗离体牙随机分为 3组制备Ⅴ类洞 :牙钻预备加酸蚀处理(对照组)、单纯激光预备组、激光预备加酸蚀处理组,每组 10颗牙,经冷热循环染色后,在体视显微镜下记录微渗漏程度并应用非参数统计方法分析数据. 结果在冠侧洞缘,激光预备加酸蚀处理组微渗漏与对照组差异无显著意义,单纯激光预备组微渗漏较对照组严重 (P<0.05);在牙龈侧洞缘,单纯激光预备组充填体边缘微渗漏情况与对照组差异无显著意义,而激光预备加酸蚀组的充填体边缘微渗漏比对照组显著减少( P<0.01). 结论用 Er,Cr∶ YSGG激光预备Ⅴ类洞不能增加树脂与牙体组织的结合减少微渗漏的发生;而应用激光同时行酸蚀处理可以增强树脂充填体与牙本质间的结合,减少牙龈侧洞缘微渗漏.
Cr∶ YSGG激光 微渗漏 树脂充填 Er
