1 西安石油大学 理学院，西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 中国科学院光谱成像技术重点实验室，西安 710072
3 中国科学院大学 光电学院，北京 100049
开展了基于仿生曲面复眼相机的空间目标定位实验研究。采用CALibration Tag标定板结合MATLAB标定工具箱对自研仿生复眼相机进行内外参数的标定。针对目标的三维定位，从曲面复眼相机成像原理出发并利用相机定标参数，确定目标点在复眼相机中各子眼坐标系下坐标的线性关系并建立线性方程组，通过最小二乘法进行求解以获得目标点的准确空间定位。设计了光斑定位实验，实验结果表明，在至少4 m的工作距离内，仿生曲面复眼相机的定位误差可以控制在2%以内，该目标定位方法应用于仿生曲面复眼相机能实现较高精度的目标定位。在此基础上，采用尺度不变特征转变算法实现了两个子眼所拍摄子图像的特征点粗匹配，结合随机抽取一致算法去除错误匹配点，进而由特征点在子眼像素坐标系中的二维坐标反演出其在空间坐标系中的三维坐标，最后通过对所有点进行点云拼接获得完整的重构点云。实验结果表明，对距离相机约0.6 m处的边长为5.5 cm的正方体可以实现较好的三维立体重构。
多通道成像 相机标定 图像处理 三维定位 三维重构 Multichannel imaging Camera calibration Image processing 3D positioning 3D reconstruction
1 西安石油大学理学院, 陕西 西安710065
2 中国科学院国家授时中心量子频标研究室, 陕西 西安710600
3 湖南二零八先进科技有限公司, 湖南 长沙410006
大型激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器。随着尺寸的增加, 基模运转和增益成为重要参数。针对镜片匹配、放电电流大小及腔长等, 计算了ABCD矩阵与高斯光束的特征参数, 验证了不同边长下环形谐振腔腰斑位置及放电电流对光阑的影响。实验结果表明, 出光阈值处光斑质量最优, 光斑最为平整, 比值接近于1且对称结构有利于高效读取信号。这对大型激光陀螺腔体设计具有一定的参考意义。
激光陀螺 谐振腔 腰斑半径 光学矩阵 高斯光束 laser gyroscope resonant cavity waist spot radius optical matrix Gaussian beam
1 西安石油大学 理学院, 西安
2 中国科学院 国家授时中心, 中科院时间频率基准重点实验室, 西安
3 湖南二零八先进科技有限公司, 长沙
基于Sagnac原理的环形激光陀螺仪的灵敏度随着陀螺尺寸增大而增大, 直接和地球固连, 能精确监测地球自转角速度, 在世界时精密测量、地震波检测、大地测量学、基础物理等领域有广泛应用。由于灵敏度随着陀螺尺寸增大而增大, 故测地激光陀螺尺寸往往较大。但尺寸变大, 腔的自由光谱范围变小, 单纵模的获得变得困难。激光陀螺往往工作在基模下, 针对激光陀螺模式问题, 报道了国内首个主动式测地激光陀螺的模式实验结果, 采用管道光阑实现单横模, 临界增益方法使激光陀螺单纵模运行变得可能。通过光强反馈控制提高激光陀螺信号的稳定性, 有助于地球自转角速度精确测量。
激光陀螺 测地 模式 世界时 稳频 laser gyrosope geodesy model universal time frequency stabilization
1 西安石油大学理学院,陕西 西安 710065
2 中国科学院国家授时中心量子频标研究室,陕西 西安 710600
大型激光陀螺仪的标度因数对环形腔的几何形变有很强的依赖性。根据大型激光陀螺仪的结构和工作特性,对影响测量精度的关键技术进行了研究,并对影响标度因数的环形腔的几何形变进行了计算分析,得到了环形腔几何形变后的标度因数变化情况。此外,还提出了环形腔发生几何形变时标度因数的优化方法,并给出了温度和应力对标度因数影响的变化量。结论认为,在生产条件、工作环境和腔体结构相同的情况下,对标度因数进行补偿将有利于大型激光陀螺仪测量精度的提高。
激光陀螺仪 环形腔 光路结构 几何形状 laser gyroscope ring cavity optical structure geometrical shape
1 中国科学院国家授时中心 时间频率基准重点实验室, 西安 710600
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院, 北京 100049
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海, 200062
报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源, 频率探测及控制单元, 光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器, 重复频率为196.5 MHz, 中心波长为1 572 nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率, 获得信噪比约为40 dB的信号(分辨率带宽300 kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2; 通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520~1 607 nm扩展到671 nm, 获得了单模功率为208 nW的光信号.与671 nm单频激光拍频产生约为60 dB(分辨率带宽1 Hz)信号, 满足Li原子D1线频率测量实验的需求.
光学频率梳 锁模激光器 掺铒光纤 光谱扩展 频率测量 Optical frequency comb Mode-locked laser Erbium-doped fiber Spectral broaden Frenquency measurement
提出并制作了一种弯曲形变与应力拉伸可区分测量的全光纤敏感元件。全光纤敏感元件使用193nm ArF准分子激光器在单模-色散补偿-单模的干涉上刻写光栅, 组成光栅和迈克尔逊干涉的并联结构。分析了光纤敏感元件对弯曲和应力拉伸的响应机理。对光纤敏感元件进行了弯曲和拉伸测试, 实验结果表明: 在0～1.4m-1曲率下, 1524.27nm处干涉波谷的弯曲灵敏度为4.53dB/m-1, 线性度为0.991,光栅布拉格谐振峰处的能量基本不发生变化; 在0～500με拉伸形变范围内,1524.27nm处干涉波谷的形变拉伸灵敏度为-1.02pm/με, 线性度为0.979。布拉格谐振模式的形变拉伸灵敏度为0.615pm/με, 线性度为0.990。所提光纤敏感元件能够区分测量弯曲形变和应力拉伸, 其在工业应用具有较好的前景。
光纤光栅传感 迈克尔逊干涉 光纤拉力传感 光纤弯曲传感 色散补偿光纤刻栅 fiber Bragg grating sensor Michelson interferometer fiber strain sensor fiber bending sensor dispersion compensation fiber inscription
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2 School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We demonstrate a proposal for making an ultrastable laser referenced to a multi-cavity, enabling a lower thermal noise limit due to the averaging effect. In comparison with a single-cavity system, relative frequency instability of the synthesized laser can be improved by a factor of the square root of the cavity number. We perform an experiment to simulate a two-cavity system with two independent ultrastable lasers. Experimental results show that the relative frequency instability (Allan deviation) of the synthesized laser is 5 × 10 16, improved by a factor of √2 from a single-cavity-stabilized laser.
140.4780 Optical resonators 120.4820 Optical systems 140.3518 Lasers, frequency modulated Chinese Optics Letters
2018, 16(12): 121403
1 西安石油大学 理学院, 西安 710065
2 中国科学院国家授时中心 时间频率重点实验室, 西安 710600
基于相位共轭稳相方法研制微波频率传递系统, 简化传递系统光路, 实现光纤微波频率传递链路噪声的实时补偿, 完成50 km光纤9.2 GHz超稳微波频率传递实验.该系统采用模块化设计, 由微波参考信号生成模块、相位补偿模块、光纤传递模块组成.在实验室环境下经过9 d的连续测试, 结果表明, 自由运转时频率传递的稳定度(标准阿伦方差)为4.2E－13@1 s, 4.3E－14@1 d; 补偿后频率传递系统的稳定度达到5.8E－14@1 s, 1.9E－17@1 d.该系统能够满足百公里范围内的超稳微波原子钟频率传递需求.
微波频率 光纤 相位共轭 频率传递 Microwave frequency Fiber link Stabilization by phase conjugation Frequency transmission
