石家庄铁道大学信息科学与技术学院, 河北 石家庄 050043
波长探测作为科学技术中的一个基本工具, 在分析化学、 生物传感和光学通信等众多领域具有重要作用。 从多模光纤信号传输理论出发, 在绝热、 准直模型中建立基于模式干涉效应的强度干涉图像理论; 实验测量时, 在光纤尾端引入缓变(斜率约为0.01)锥形区域设计, 保证收集到侧面辐射信号的同时, 也近似满足理论模型和数值仿真结果。 在搭建的显微共焦成像系统中, 连续扫描窄带激光器进行干涉图像存储, 经过区域选取、 向量拼接以及奇异值分解等步骤得到由器件特性决定的校样矩阵。 波长的探测过程共分为两个步骤: 在工作带宽内纳米量级粗略扫描光波长得到粗略校准矩阵, 一维待测信号强度图像与之进行内积相关性运算后, 选取数值最高的波长值作为预估波长单元; 在此基础上精细扫描得到精细校样矩阵, 选取三个最大主成分并定义与波长欧氏距离最小值确定最终探测波长。 采用内积相关性运算联合主成分分析法不仅可以将波长探测分辨率提高到20 pm、 准确率达到96.7%, 探测效率较其他光谱重建算法提高50倍。 实验证实该波长计工作范围至少为400~700 nm, 器件尺寸仅为π×(20 μm)2×0.5 mm。 该器件在高性能、 便携式和低成本方面较同类器件有较大提升, 在光谱重建效率也集成了高效算法, 能够广泛应用于光纤传输系统的波长实时探测。
波长探测 波长计 主成分分析 光谱重建 Wavelength detection Wavemeter Principle component analysis Spectral reconstruction 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3625
1 福州大学电气工程与自动化学院, 福建 福州 350108
2 福州大学电力系统与装置产业研究院, 福建 福州 350108
针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中重叠光谱的中心波长解调问题,提出一种基于门控循环单元(GRU)网络的波长检测方法。该方法将FBG重叠光谱的波长解调问题转换为模型回归问题,同时考虑到光谱数据的序列特征和频谱特性,采用GRU网络实现对光谱数据的特征学习,训练得到相应的波长检测模型,从而实现对重叠光谱的精确快速解调。经实验验证,所提方法能够解决FBG传感网络光谱部分重叠或完全重叠条件下的中心波长的精确解调问题,其方均根小于1 pm的测试结果占总数的88.2%。相比现有的解调方式,所提方法在检测精度和稳定性上均有一定的提升,为提高FBG传感网络的复用能力提供了新的途径。
光纤光学 光纤布拉格光栅 波长检测 深度学习 门控循环单元网络
双结深光电二极管包括一深一浅两个光电二极管, 深、浅pn结光电二极管的光电流比值I2/I1随入射光波长单调增加。文章基于0.5 μm CMOS工艺对双结深光电二极管深、浅结光电流进行了数学建模和Matlab仿真。设计了片上信号处理电路, 将双结深光电二极管深、浅结光电流比值转换成电压输出。仿真结果表明, 信号处理电路的输出与ln(I2/I1)具有良好的线性关系。单片集成的CMOS波长检测芯片可用于未知荧光的波长检测和特异性分析。
双结深光电二极管 波长检测芯片 仿真 double junction photodiode wavelength detection chip CMOS CMOS simulation
1 天津大学 电子信息工程学院, 天津 300072
2 天津津航技术物理研究所, 天津 300308
阐述了双色激光引信探测的原理, 提出采用双色探测, 利用海水对红外激光与蓝绿激光回波特性时域差异显著, 而舰船对二者的反射特性相近的特点, 区分目标与海面, 提出抗海浪干扰和判别目标的双色激光引信方案。双色激光引信利用激光发射系统同时发出红外和蓝绿窄脉冲激光, 激光接收系统采用两路探测器分别接收两种波长的回波信号, 信息处理系统对两路激光回波信号进行高速实时采集, 获得两路回波信号幅度、脉冲宽度、回波率等区分目标和海面。通过设计样机并进行海面试验, 试验结果表明, 双色激光引信抗海浪干扰效果良好。
激光引信 双色探测 抗海浪 laser fuze two-wavelength detection anti-surf 红外与激光工程
2017, 46(4): 0406005
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
中阶梯光栅光谱仪具有高色散、 高分辨率、 宽波段、 全谱瞬态直读等诸多优点, 是先进光谱仪器的代表之一。 在中阶梯光栅光谱仪民用化、 商品化的发展趋势之下, 其二维谱图图像处理的地位越来越重要。 目前, 国内一般先利用质心提取算法计算光斑质心再结合谱图还原算法计算有效波长, 但这种方法难以达到较为理想的要求。 为了提升运算速度、 波长提取精度以及成像误差补偿能力, 提出了基于谱图还原的有效波长提取算法。 利用谱图还原算法, 将探测器拍摄的二维谱图转换为一维图, 通过改进的直方图双峰法选取阈值对一维图降噪, 实现了二维谱图中全部有效(x, y)点对应波长的一次性提取。 先将二维谱图转换为一维图进行图像处理, 使算法在提升运算速度的基础上提取精度也得到了改善, 还可以对一定范围内的成像误差进行补偿。 采用标准汞灯作为待测光源开展了中阶梯光栅光谱仪成像实验, 并使用该算法进行数据处理。 实验结果表明, 不仅能够自动补偿光谱仪0.05 μm(两个像元)以内的成像偏差, 而且能在精确提取有效波长的基础上大幅提升运算速度, 波长误差小于0.02 nm, 满足中阶梯光栅光谱仪图像处理的要求。
中阶梯光栅光谱仪 谱图还原 有效波长提取 阈值去噪 Echelle spectrograph Spectra reduction Effective wavelength detection Threshold de-noising
江南大学通信与控制工程学院, 江苏 无锡 214122
在实际应用中,光纤光栅传感器的测量精度受到噪声、成本等因素的制约。 为了实现低成本的高精度光纤光栅传感器系统, 提出了对光纤光栅反射谱采用自适应阈值小波消噪和B样条拟合算法的处理技术,并通过实验和仿真得出自适应阈值 小波消噪,有效提高了系统的信噪比,在相同采样精度下拟合处理前波长检测的误差为0.01 nm, 处理后为0.0017 nm,误差降低了一个数量级。实验结果证明该方法不但可以有效降低噪声带来的 读取误差,而且提高了测量 Bragg 波长漂移量的分辨率,从而实现高精度测量温度、应变等外界参量。
纤维与波导光学 波长检测 自适应阈值小波 B样条拟合 光纤光栅 fiber and waveguide optics wavelength detection adaptive threshold wavelet B-spline fitting fiber Bragg grating
1 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
2 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
3 中国铁道科学研究院通信信号研究所, 北京 100081
针对现有波长检测技术的不足，提出一种采用阵列波导光栅(AWG)进行波长快速检测的方法，该方法利用AWG对波长信号进行空间分离，将波长信号转化为光场强度信号，利用传统的光场强度检测手段实现波长检测。给出了分析这种检测方法光学特性的数学模型，应用此模型，分析了AWG性能参数对波长检测性能的影响。分析表明：待检测的波长信号可以通过AWG相邻通道的功率比的对数值进行线性表达；减小AWG通道波长间隔或其半波全宽(3 dB带宽)可以提高波长检测灵敏度；此方法对AWG的通道不平坦度不敏感；通过对AWG进行±0.1 ℃的温度控制，此方法可以达到±0.005 nm的波长检测精度。
传感 阵列波导光栅 光纤光栅 波长检测 sensing arrayed-waveguide grating fiber Bragg grating wavelength detection
西安通信学院 光通信实验室，陕西 西安710106
文章首先通过推导弯曲损耗系数的理论公式，分别考察了弯曲窃听的两类影响因素；然后在此基础上设计了窃听系统框架结构，搭建了光纤窃听实验系统，实现了隐蔽窃听，而且得到了实现弯曲窃听的最佳弯曲半径；最后，针对该隐蔽窃听的特征并利用相同条件下长波长弯曲损耗比正常的通信波长大得多的特点，提出了灵敏度更高的有效窃听监测方法。
隐蔽窃听 弯曲损耗 长波长监测 covert tapping bending loss long wavelength detection
