1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 北京控制工程研究所，北京 100190
对稳频半导体激光器的频率进行在线实时监测的需求量和迫切性一直在不断增长。特别是近几年发展起来的连续波激光雷达通常以单频半导体激光器为种子源，并通过相干检测方式获得雷达信号的频率，从而获得目标物的距离信息，这就使得种子光源的频率精度直接与测距精度密切相关，因此，对光源的频率稳定性的表征也提出了新的要求：更关注短期（在相干时间内，亚微秒~数毫秒）的频率变化模式，对长时段内（数分钟~24 h）的绝对频率高精度监测的需求减弱；同时要求频率监测系统具有在线实时监测能力。针对这些需求，基于延时自外差原理，提出了一种表征稳频激光器的频率变化的方法，经过严谨的原理推导和算法编程，使得监测系统不仅结构简单，还实现了在线实时监测功能，并测量了一台利用氰化氢（H13C14N）气体吸收谱线基于边频锁定技术的稳频分布反馈式半导体激光器（DFB-LD）频率变化曲线。测量结果是：在10 ms内稳频激光器的最大频率变化约为25 MHz，并且清楚地观察到激光器的频率变化不是单向的漂移模式。为了进一步验证该方法的精度，采用主流的飞秒光频梳拍频法离线测量了同一台稳频DFB-LD的频率变化，实验结果是：在50 min内频率变化约为30 MHz。两种测量方法的测量结果均在相同的MHz量级，证明了该方法是一个快速可靠的光频率分析手段，可应用于实时调节稳频激光器的伺服回路系统。
半导体激光器 自外差探测 频率测量 稳频 semiconductor laser self-heterodyne detection frequency measurement frequency stabilization 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230063
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
本振信号较差的相干性限制了合成孔径激光雷达(SAL)对远距离目标成像的方位/横向分辨率。研究了SAL信号相干性保持问题, 提出了一种基于本振数字延时的SAL信号相干性保持方法。通过设置本振信号参考通道, 采用自外差探测的方式, 在数字域提取本振信号频率不稳引入的相位, 并将其在数字域延时后对目标回波信号实施相位补偿。建立了激光信号模型, 对所提出的SAL信号相干性保持方法进行了误差分析, 给出了自外差探测中光纤延时长度的选取原则。理论分析和仿真实验表明, 该方法能有效保持SAL信号的相干性。
遥感 合成孔径激光雷达 信号相干性 本振数字延时 相位估计 自外差探测
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
为了减小相干瑞利噪声, 提出了一种多波长瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射系统。分析了相位调制产生多波长探测光的机理及三波长系统的自外差检测原理; 搭建单波长和三波长自外差检测布里渊光时域反射系统, 获得了沿光纤的自外差信号功率和布里渊频移。实验结果表明, 相对于单波长系统, 三波长系统有效地减小了相干瑞利噪声引起的功率波动, 信噪比提高近4.56 dB; 布里渊频移波动的均方根误差降低2.2 MHz。
光纤光学 多波长探测光 自外差检测 布里渊频移 功率 fiber optics multi-wavelength probe light self-heterodyne detection Brillouin frequency shift power
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
为简化系统结构、减小相干瑞利噪声对系统性能的影响, 提出了一种采用宽带光源的瑞利和布里渊散射自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统.分析了瑞利和布里渊自外差检测原理, 研究了布里渊频移和自外差信号功率与光纤温度和应变的关系.设计并搭建采用宽带光源的自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统, 获得了常温下沿光纤分布的自外差信号功率谱及不同温度时加温段光纤的功率谱, 验证了布里渊频移和自外差信号相对功率变化随温度的线性增加关系.通过实验数据获得的布里渊频移和相对功率变化的温度系数分别为1.07±0.01 MHz/℃和(0.37±0.09)%/℃.本文的研究结果为基于瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射传感系统的温度和应变同时测量提供了理论和实验依据.
光纤光学 布里渊散射 瑞利散射 自外差检测 布里渊频移 Fiber optics Brillouin scattering Rayleigh scattering Self-heterodyne detection Brillouin frequency shift 光子学报
2016, 45(11): 1106004
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
根据相干检测理论提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器的光纤瑞利与布里渊散射自外差检测的布里渊光时域反射计传感系统, 分析了该系统提高光纤受激布里渊散射阈值和瑞利与布里渊散射自外差检测的原理, 推导出系统信噪比表达式, 分析了纵模数与布里渊谱峰值功率、谱宽和系统信噪比、温度及应变测量准确度之间的关系, 并进行了计算.结果表明, 选用纵模间隔为0.141 nm的多模法布里-珀罗激光器时, 随着纵模数的增加, 在25 km光纤末端系统信噪比、温度和应变测量准确度均得到了较大提升, 当纵模数为19时, 温度和应变测量准确度分别达到最佳值3.81 ℃和86.69με.
光纤光学 光纤传感 自外差检测 多模FP激光器 布里渊光时域反射计系统 信噪比 Fiber optics Optical fiber sensing Self-heterodyne detection Multi-longitudinal mode FP laser Brillouin optical time domain reflectometer Signal to noise ratio
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
提出了采用基于非线性光纤环形镜(NOLM)的全光2R(再放大、再整形)再生器对星间差分相移键控(DPSK)信号进行放大、整形的方案。理论推导了再生器的工作原理，给出了对信号进行放大、整形的约束条件；仿真研究了再生器的输入输出功率特性和相位特性，分析了耦合器耦合系数对功率特性的影响。结果表明，全光2R再生器对基于自差探测的DPSK系统性能具有显著的改善作用，系统误码率较未使用再生器时降低接近两个量级。
光通信 非线性光纤环形镜 2R再生器 DPSK调制 自差检测 激光与光电子学进展
2013, 50(9): 091405
1 南京大学光通信工程研究中心， 江苏 南京 210008
2 广西师范大学物理科学与技术学院， 广西 桂林 541004
提出并实验证明了一种基于自外差探测和波长扫描技术的光纤布拉格光栅远距离传感系统。该系统将远程光纤光栅阵列的反射信号光与本地参考光进行差频探测，并通过声光调制器对探测光的频移及脉冲进行调制，有效地提高了系统的探测灵敏度和传感距离。在没有放大的情况下，在171 km的探测距离处，光纤光栅传感器的反射布拉格波长信号的信噪比达到33 dB。该系统可以准确地绘制出远端光纤光栅阵列的反射谱，实验结果显示两个光纤光栅的布拉格波长与温度均成良好的线性关系，且传感灵敏度为11 pm/℃。
光通信 光纤布拉格光栅 远程传感 自外差探测 温度检测 波长扫描 中国激光
2012, 39(12): 1214002
中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光通信和检验技术重点实验室, 上海 201800
提出了直视合成孔径激光成像雷达（SAIL）概念，发射采用两个正交偏振同轴且相对扫描的空间抛物波差的光束，接收采用自差及相位复数化探测。在交轨向产生与目标点横向位置正比的线性项相位调制，在顺轨向产生以目标点纵向位置为中心的二次项相位历程，成像处理采用傅里叶变换实现交轨向聚焦和采用匹配滤波实现顺轨向聚焦。直视SAIL与侧视SAIL一样能够使用小光学孔径在远距离实现高分辨率二维成像，但具有本质独特性即线性和二次相位项和光学足趾及其相关联的成像分辨率无论在设计和使用时都具有很大的控制调整范围，并克服了存在于侧视SAIL中的许多技术难点。直视SAIL在原理和方法上都属于光学领域。给出了直视SAIL的一般性体系结构，在数学上详细描述了包括目标信息获取和成像处理的基本原理。
遥感 合成孔径激光成像雷达 直视雷达 空间抛物面相位差 自差探测 线性项相位调制 二次项相位历程 傅里叶变换 匹配滤波
