吴金贵 1,2,3王小勇 1白绍竣 1吴铠岚 1,3[ ... ]林栩凌 1,3,*
作者单位
摘要
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 首都师范大学数学科学学院,北京 150001
3 兰州大学物理科学与技术学院,甘肃 兰州 730000
Overview: In order to achieve the measurement of gravitational wave signals in the millihertz frequency band, the space-based gravitational wave detection projects such as LISA, TianQin, and Taiji projects, which are based on laser interference systems, require the hardware noise floor of the interferometers to be lower than the interstellar weak light shot noise limit. This imposes stringent engineering specifications on the optical-mechanical design and the corresponding interferometer payload. This paper approaches the issue from the perspective of detection mode selection and derives the expressions of readout noise and stray light noise in the interference signal under the single detector mode and the balanced mode. Furthermore, a detailed discussion is provided on the weak-light interference process of the scientific interferometer. The results demonstrate that the balanced mode is capable of suppressing the interference phase noise caused by laser power fluctuations and backscattered stray light across multiple orders of magnitude. However, the suppression capability is constrained by the unequal splitting property of the beam combiner. To address this, a relative gain factor is introduced to compensate for the unequal splitting property of the beam combiner. Further analysis reveals that electronic gain compensation can only eliminate the impact of unequal splitting on one of the two noises rather than both simultaneously. Therefore, a balance must be struck in selecting gain compensation between the suppression of laser power fluctuation noise and stray light noise. Even with this consideration, the balanced mode still offers significant noise suppression capabilities at a magnitude difference, thus potentially reducing the engineering requirements for laser power fluctuations and telescope backscattered stray light.
引力波探测 平衡探测模式 读出噪声 杂散光分析 gravitational wave observation balanced detection mode read out noise straylight analysis 
光电工程
2024, 51(2): 230134
作者单位
摘要
广东工业大学信息工程学院,广东 广州 510006
提出一种结构简单、重复频率可调的任意波形光子生成方案。系统由双平行相位调制器、光纤布拉格光栅和平衡探测器组成。激光经双平行相位调制器调制后,由光纤布拉格光栅获取两路光信号,光信号经平衡探测输出方波和梯形微波信号。同时,通过使用额外的90°移相器,可获得三角形和锯齿微波信号。仿真结果表明,通过调节射频驱动信号的电压和频率,输出的微波光子信号的频率可实现10~25 GHz连续输出,且信号均方根误差(RMSE)小于0.33。此外,实验分析了调制指数β和90°电桥相位平衡Δθ对微波光子波形质量的影响,当β在标准值±0.15范围内变化,或Δθ±3°范围内变化时,波形信号RMSE均小于0.42,验证了所设计系统具有较好的稳定性。
光纤光学 微波光子波形 双平行相位调制器 平衡探测 倍频 重复频率可调 
激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306007
沙启蒙 1王卫杰 1刘通 1,*刘政良 1[ ... ]任元 1,2
作者单位
摘要
1 航天工程大学 宇航科学与技术系,北京 101416
2 航天工程大学 量子探测与感知实验室,北京 101416
对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。
涡旋光 信噪比 精度 平衡探测 零差探测 旋转多普勒效应 vortex beam signal-to-noise ratio accuracy balanced detection homodyne detection rotational Doppler effect 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210616
作者单位
摘要
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
通过抑制微波光子链路中的非线性失真因子可以提高MPL的带宽和无杂散动态范围(SFDR)。提出了一种基于双电极马赫-曾德尔调制器和平衡探测的线性化方案,该方案结合了相位控制,优化偏置电压以及平衡探测技术,理论分析结果显示,系统可消除二阶谐波失真(HD2),抑制三阶交调失真(IMD3)和五阶交调失真(IMD5)。利用OptiSystem软件进行了仿真分析,结果显示:二阶交调失真和HD2被完全消除,IMD3和IMD5被抑制在基底噪声以下,其中,IMD3被抑制约45.76 dB,三阶SFDR达到114 dB·Hz 2/3,五阶SFDR达到137.97 dB·Hz 4/5。
探测器 平衡探测 线性化方法 三阶交调失真 二阶交调失真 二阶谐波失真 
光学学报
2019, 39(11): 1104001
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网省部级共建国家重点实验室培育基地, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
为实现高灵敏度的外差相位检测,提出了一种基于光外差检测原理的光纤四通道双平衡外差相位检测方法。搭建光纤四通道双平衡外差检测光路,采用1/4波片作为相位检测样品,验证分析了光纤四通道双平衡外差相位检测的性能。分析了外差检测中信号调制频率对相位测量结果的影响,结果表明受限于光电接收器件的响应带宽,过高或过低的调制频率均不能有效检测到相位信息。在实验中,最优的信号调制频率范围为 500.5~1550.5 kHz,实际测得的相位均方根为89.1°,标准差为0.3°。在此基础上,分析了双平衡外差干涉中光纤分束比以及耦合透镜的有效接收口径效应对相位检测的影响。当光纤分束比接近1∶1时,得到了较高信噪比下更加精确的检测结果;通过改变耦合透镜的发射角,验证了有效接收口径对接收信号灵敏度的实际影响。
测量 外差检测 四通道双平衡探测 电光调制 相位检测 
中国激光
2019, 46(9): 0904005
作者单位
摘要
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
提出了一种使用光学技术产生可调谐的四倍频相位编码信号的方案。利用一个马赫-曾德尔调制器(MZM),一个光滤波器(OBPF),一个布拉格光栅(FBG),一个环形器,两个偏振调制器(PolM)和光电探测器,结合波长复用技术、偏振调制技术和平衡探测技术,产生四倍频相位编码信号。仿真结果表明,此方法产生的相位编码信号具有大调谐范围,高倍频系数。仿真产生的20 GHz和40 GHz相位编码信号分别具有10.10 dB和9.79 dB的峰值旁瓣比,压缩比都是128。同时,从相位编码中恢复出来的相位信息分别具有200°和206°的变化。仿真结果验证了产生四倍频相位编码信号的可行性,所产生的相位编码信号具有20~40 GHz的调谐范围,同时还表现出很好的脉冲压缩性能。
微波光子 相位编码 四倍频 平衡探测 偏振调制 microwave photonics phase-coded frequency quadrupling balanced detection polarization modulation 
光学与光电技术
2017, 15(4): 33
作者单位
摘要
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国电子科技集团第十研究所, 四川 成都 610000
为了研究在大气湍流闪烁效应以及瞄准误差共同作用下空间相干光通信系统的中断概率,基于指数韦伯大气湍流衰减信道,建立了基于平衡探测的相干光通信系统模型,给出了系统受大气湍流闪烁效应和瞄准误差影响下信道衰减的概率密度函数,并推导了系统中断概率的闭合表达式。通过数值仿真,分析了湍流强度、波束宽度、抖动偏差对系统中断概率的影响。结果表明:系统中断概率会随着湍流强度的增强和归一化信噪比的降低而增大;当归一化信噪比大于14 dB时,可以通过增大波束宽度降低系统中断概率;当抖动偏差大于2时,增大归一化信噪比并不能有效降低系统中断概率。由基于此模型的仿真分析结论可知,选取合适的波束宽度和抖动偏差能降低系统的中断概率,并提高系统的稳定性。
光通信 中断概率 指数韦伯分布 平衡探测 瞄准误差 
激光与光电子学进展
2017, 54(11): 110602
作者单位
摘要
华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
针对传统的基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统存在信噪比低的问题,提出了一种新的基于瑞利散射的布里渊光时域分析设计方案。采用平衡检测技术,同时利用斯托克斯边带和反斯托克斯边带的信息,输出信号功率比单端检测提高了两倍。由于两个光电二极管输入信号的等噪声特性,使用平衡检测使噪声功率增加2倍,输出信号的信噪比提高2倍。对2.4 km光纤进行实验,验证了系统的可行性,采用平衡检测技术后信号得到明显的改善。
瑞利散射 布里渊光时域分析 平衡检测 信噪比 Rayleigh scattering BOTDA balanced detection signal-to-noise ratio 
光通信研究
2017, 43(5): 43
作者单位
摘要
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
平衡探测器的两输入通路在增益和时延上的不对称会对基于平衡探测的光模数转换(PADC)系统的性能产生影响。建立了基于平衡探测的PADC系统的数学模型,理论上分析了系统有效比特位(ENOB)与平衡探测器两输入通路的增益和时延的不对称性,并仿真分析了增益和时延的不对称对系统ENOB的影响,同时进行了相应的实验验证。结果表明,在相同调制深度下,系统的ENOB随着两输入通路的相对增益和相对时延的增加而减小。当平衡探测器两输入通路在增益和时延上完全一致时,系统的ENOB随着调制深度的增加而逐渐减小;当平衡探测器两输入通路在增益和时延上存在偏差时,系统的ENOB随着调制深度的增加先增大后减小。
信号处理 光模数转换 平衡探测 增益不对称 时延不对称 
中国激光
2017, 44(5): 0506001
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 中国人民解放军91404部队, 河北 秦皇岛 066000
为了增大激光多普勒测速仪的测量距离, 设计了基于马赫-曾德尔环形结构的双平衡式探测接收系统来提高灵敏度。基于平衡探测光电流的表达式, 推导了平衡探测系统信噪比的表达式并对相关因素进行仿真实验。仿真结果表明: 在相同光信号输入条件下, 当两个探测器的量子效率比值在(0.236,1)之间时, 平衡探测系统的信噪比高于普通相干探测系统的信噪比, 并且当探测器量子效率相等时, 信噪比最大。最后通过实验验证量子系数的比值对信噪比的影响。
平衡探测 数值仿真 探测器 信噪比 dual-balanced detection numerical simulation detector signal-to-noise ratio 
强激光与粒子束
2016, 28(10): 101004

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