为满足高机动装甲车辆对光电瞄准系统视轴高稳定精度的要求, 设计了光路中嵌入快速反射镜的反射镜式光电系统复合轴稳定平台。首先, 利用施奈尔反射镜定律的矢量方程, 构建系统视轴矢量方程, 研究其运动特性、稳定补偿原理; 然后, 分析了控制方法、控制系统频率特性, 分析结果显示, 传统稳定平台控制系统的截止频率26 Hz, 而复合控制系统的截止频率为215 Hz, 控制系统带宽提升了8倍以上; 最后, 构建了复合轴稳定平台实验装置、测试装置, 介绍了实验方法、稳定精度测试原理, 开展了复合轴平台与传统平台的稳定精度比较实验。实验结果表明, 在相同的实验条件下, 复合轴平台较传统平台的稳定精度提高了5倍以上, 反射镜式光电系统光路内嵌复合轴稳定平台能够实现光电瞄准镜的高精度稳定。
反射镜式光电系统 光路内嵌复合轴 快速反射镜 瞄准线稳定 optics-electricity system with upside mirror complex axes embedded into optical path fast steering mirror stabilization of the LOS 光学 精密工程
2019, 27(10): 2224
Author Affiliations
Abstract
1 Colleague of Meteorology and Ocean, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 The Joint Staff of the Central Military Commission, Beijing 100022, China
We presented an interferometric phase shift fiber Bragg grating (FBG) sensor, which inherited the advantages of FBG sensors, and, at the same time, the greatly reduced full-width-at-half-maximum bandwidth brought longer coherent length, higher sensitivity, and lower phase noise. Experiments show that at least a 7 dB reduction of phase noise can be achieved compared to FBG sensors interrogated by interferometer with the same optical path difference.
060.2310 Fiber optics 060.2370 Fiber optics sensors Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 090601
国防科学技术大学海洋科学与工程研究院, 湖南 长沙 410073
干涉型光纤传感器是一种高灵敏度的传感器，在许多领域都具有重要应用价值，而偏振衰落是这种传感器中需要解决的一个重要问题。提出采用脉冲正交偏振切换及基于相位生成载波(PGC)的信号合成算法来实现抗偏振衰落。阐述了正交偏振切换方法的基本理论，分析了以PGC解调为基础的正交偏振切换合成算法的原理，搭建了实验系统进行实验研究。结果表明，当光纤中偏振态受到扰动时，通过正交偏振切换及合成算法，合成的结果等效干涉度可以稳定在0.93~0.94之间；解调结果的噪声可以达到四路偏振通道噪声的最低水平。该方法可以消除传输光纤中偏振扰动所造成的低频相位漂移，使解调结果不受传输光纤中偏振态扰动的影响。长时间的噪声监测结果表明，PGC调制频率为8 kHz时，系统噪声达到了-96 dB/Hz （1 kHz），与同一系统中采用法拉第旋镜作为反射镜测得的本底噪声相当。该方法为解决干涉型光纤传感器时分复用阵列，特别是基于光纤光栅的干涉型准分布式光纤传感器和分布式传感系统中的偏振衰落问题提供了一种可行的途径。
传感器 光纤传感器 偏振衰落 偏振切换
国防科技大学海洋科学与工程研究院, 湖南 长沙 410073
掺铒光纤激光器(EDFL)从频域的角度可以分为单纵模(SLM)掺铒光纤激光器与多纵模(MLM)掺铒光纤激光器。MLM-EDFL 属于复杂的高维动力学系统，比SLM-EDFL 拥有更多的自由度与更复杂的激光动力学特性。为理论研究分析MLM-EDFL 的频域动态特性，建立了关于EDFL 多模激光频域动力学模型，模型中将MLM-EDFL 的各个模式光场强度及其享有的增益粒子数分别作为独立的物理参量来处理，并考虑由于增益介质中铒离子对的猝灭效应而对模型引入额外的自由度；所建多模激光频域动力学模型可有效描述频域内多个模式的个体行为及集群行为，在数值研究中重现了激光频域高维动力系统所特有的多模动态特性。
激光器 光纤激光器 离子猝灭效应 多模系统 频率动态 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 011403
国防科学技术大学海洋科学与工程研究院, 湖南 长沙 410073
研究了4 路偏振切换技术在光纤干涉仪中的应用，建立了基于4 路偏振切换的抗偏振衰落的理论模型，运用了复数运算的方法解决4 路信号的合成问题，对偏振诱导信号衰落的抑制效果进行了仿真。偏振衰落实验搭建了基于非平衡的迈克尔孙干涉仪的实验系统，采用相位产生载波技术(PGC)外调制方案解调信号，对4 路偏振切换技术抗偏振衰落效果进行了实验测试。结果表明，4 路干涉信号合成后，可以消除传输光纤双折射的影响，合成干涉信号的解调结果与单路解调结果一致；合成干涉信号的等效干涉度可以稳定在0.838，验证了偏振切换技术抗偏振衰落的有效性。
光纤光学 偏振衰落 偏振切换 相位产生载波技术调制 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 120606
1 国防科技大学海洋科学与工程研究院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
检测光纤环形激光器输出模式的动态特性是实验与工程应用的难题之一。在不同抽运强度以及长时间运转条件下,激光器会输出复杂的模式动态现象。受限于实验手段，目前的实时测量系统局限于仅获取激光器的输出强度信息而无法准确获取更多的模式动态特性。基于这一点，报道了采用光学外差的测量方法，搭建相应的实验装置测得待测光纤环形激光器与参考光源的拍频信号。实验中可实时获取包括跳模以及频率漂移在内的模式动态时频瀑布图，并提取各模式强度的时间序列，进而能够检测光纤环形激光器输出模式动态特性以及分析模式光强，为控制光纤环形激光器输出以及探究其内在频率动力学特性提供重要的测量手段。
激光器 光学外差 光纤环形激光器 跳模检测 频率动态 中国激光
2015, 42(s1): s102003
1 国防科技大学海洋科学与工程研究院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
光纤传感器对静态绝对量和动态相对量同时测量在很多场合都有应用需求，这就要求传感系统兼具大动态范围和高精度的特点。采用基于快速光谱获取的白光非本征法珀干涉(EFPI)传感系统，可满足静态信号大动态范围和绝对测量需求，同时可快速响应动态信号。将zoom-FFT 算法用于传感器的腔长解调，提高了信号的解调精度，实验测得精度达4 nm。由于zoom-FFT 法运算量小，在算法上可满足动态测量对解调速度的需求。在0~30 cm 深度内对传感器进行了标定，传感器对静压力的响应具有较好的线性特性，计算得到液位分辨率为0.13 mm。利用液位信号和声信号频率的差别，实现了单传感器对液位深度和声信号的同时测量，验证了此系统在对静态绝对量和动态相对量同时传感方面具有应用潜力。
光纤传感 非本征法珀干涉传感器 zoom-FFT 算法 双参量传感 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 070604
国防科技大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
报道了自组织反馈光纤环形激光器中施加相位调制后产生的强度混沌现象。对自组织反馈光纤环形激光器进行稍大于阈值的泵浦, 通过压电陶瓷引入相位调制；保持泵浦功率及调制电压不变, 改变调制频率, 得出光强随不同调制频率变化的分岔图, 观察到某些特定频率区域内激光器输出进入类似混沌的状态。针对类似混沌的光强输出序列进行非线性时间序列分析, 通过功率谱计算、相空间重构、关联积分计算等方法得到了多段调制频率区间内光强序列具有混沌特征的证据。初步分析产生混沌的机理得出: 特定条件下施加的相位调制等同于损耗调制。
光纤激光器 相位调制 混沌 分岔图 非线性时间序列分析 fiber laser phase modulation chaos bifurcation diagram nonlinear time series analysis
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
基于傅里叶变换的非本征光纤法布里-珀罗干涉仪(EFPI)的解调方法，对解调白光干涉的EFPI具有解调精度高，动态范围大，且可实现腔长的绝对测量等优点。然而，该方法的动态范围和解调精度分别受限于采样导致的非线性谱分布以及傅里叶变换的栅栏效应。分别采用三次样条插值和改进的傅里叶变换来消除光谱的啁啾特性和提高解调精度。仿真和实验证明该算法的解调精度提高了70倍。
传感器 高精度 新型算法 非本征光纤法布里-珀罗干涉仪 光学学报
2014, 34(s1): s106009
针对基于“猫眼效应”的激光主动探测技术在光电对抗中的广泛应用, 建立了迎面观瞄光电装置光学系统反光指数数学模型, 并结合探测组件建立了探测距离数学模型, 模拟了反光指数与内部特性参数间的数值关系及探测距离与迎面观瞄光电装置主要参数间的数值关系。为了验证建立的数学模型的正确性, 利用研制的激光主动探测装置, 分别以2.5 mm、5.5 mm孔径角镜和25 mm、35 mm、56 mm孔径光电观瞄装置为目标, 进行了最大探测距离模拟和验证实验, 模拟值分别为1 290 m、1 656 m、866 m、1 919 m、1 226 m, 实验值分别达到1 100 m、1 500 m、800 m、1 800 m、1 200 m。结果表明: 最大探测距离模拟值和实验值有很好的一致性。
激光 主动探测 猫眼效应 光电系统 laser active detection cat's-eye effect electro-optic system
