上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
为了克服在数字全息术中激光源高相干度造成的散斑噪声降低成像质量问题，论文提出将石英退偏器与电控液晶散射片相结合用于数字全息术中。通过在物光路中加入一个石英退偏器，利用退偏器的退偏性能使物光光路中的线偏光变成随机偏振光，降低与参考光的相干程度，实现对散斑噪声的抑制；通过给液晶散射片外加电场可以引起液晶分子的运动和光轴取向改变，调整液晶驱动电压大小来改变入射光的不同散射效果，有效地降低了光源的相干性；分别将单独采用石英退偏器和电控液晶散射片的重建图像与组合装置的重建图像进行对比分析，通过实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明：两种实验对象在组合装置下的重建像峰值信噪比分别达到16.91和18.30，结构相似度为0.47和0.43，等效视数较原始重建像提高了42%和30%，散斑指数为1.52和1.29。论文提出的方法可较好地去除散斑噪声，保留更多的图像细节部分。
数字全息 噪声抑制 液晶 退偏器 偏振态 digital holography noise suppression liquid crystal depolarizer polarization state
上海工程技术大学 电子电气工程学院 电子信息系, 上海 201620
为了解决传统相位生成载波(PGC)解调算法在光强扰动和调制深度漂移引起的解调失真现象, 采用基波混频和差分自乘的改进PGC解调算法, 进行了相关的理论分析和仿真验证。结果表明, 该算法能很好地抑制光强扰动引起的失真, 在引入1.5rad~3.5rad的光强扰动时可以达到近30dB的信纳比, 比传统的离散余弦变换算法高出近15dB; 同时能消除对调制深度C的依赖性, 可以实现低于0.1%的总谐波失真和30dB的信纳比, 比传统算法高出近10dB, 线性度高达99.99%。该研究为光纤干涉型传感的解调提供了一种新的方案。
光通信 解调失真 光强扰动 调制深度 optical communication demodulation distortion light intensity disturbance modulation depth
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 复旦大学材料科学系，上海 200433
3 上海工程技术大学电子与电气工程学院，上海 201620
相位生成载波(PGC)解调技术具有高灵敏度、线性度好和动态范围广的优点，因此广泛应用于分布式光纤传感器中。本文提出了一种单路微分相除和微分自相乘的PGC(PGC-SDD-DSM)解调算法，该解调算法对载波相位调制深度和光强度干扰均不敏感。仿真实验显示，与PGC单路微分相除(PGC-SDD)解调算法、传统的PGC微分交叉相乘(PGC-DCM)和PGC反正切(PGC-Arctan)解调算法相比较，改进的PGC解调算法具有最佳的解调效果。将改进的PGC解调算法应用在光纤干涉传感器中，实验结果表明改进的解调算法能有效抑制光强和载波调制深度引起的失真。待测信号的频率为1 kHz，幅度值为2 rad，在引入1.5 rad的载波调制深度和 0.7 rad的光强干扰深度时，实验系统中使用改进PGC解调算法的解调结果信纳比(SINAD)可以达到35.56 dB，与使用传统的PGC-DCM、PGC-Arctan和PGC-SDD解调算法相比较分别高出10.87 dB、24.19 dB和6.38 dB，同时系统的稳定性得到了提升。该技术有效地促进了光纤传感器领域的技术研究。
光子学报
2021, 50(11): 1106005
上海工程技术大学 电子电气工程学院 控制工程系, 上海 201620
数字全息中的散斑噪声对图像质量有很大的影响, 而形成散斑噪声的原因之一是参考光和物光的相干度太高, 对记录的全息图引入了不必要的噪声。文章研究了利用电控液晶散射片对相干光进行退相干的操作来实现散斑去噪; 通过调整电压改变物光路中电控液晶散射片的散射效果, 记录得到液晶散射片在多种散射效果下照射的全息图, 多种散射效果下重建物体图像的等效外观指数各有不同, 将各个重建图像对比得到最优结果; 在最优散射效果下将全息图叠加进行重建, 重建图像中的散斑噪声得到很好的抑制且比单副效果更好。通过理论分析和实验验证证实了所提出的方法对提高数字全息系统的成像质量有很大的应用价值。
数字全息 散斑噪声 电控液晶散射片 低相干光 digital holography speckle noise electrically controlled liquid crystal scatterer low coherent light1
上海工程技术大学 电子电气工程学院 智能感知与控制系, 上海 201620
为了抑制全息记录过程中的散斑噪声, 采用一种通过降低相干光源相干性的方法, 并进行了理论分析和实验验证。利用旋转二元波片进行退偏, 在10s内记录70幅全息图进行平均化降噪; 同时利用毛玻璃对相干光进行空间退相干, 降低了光源的相干性从而降低了散斑噪声。将单独采用时间退偏操作的重建图像与单独采用空间退偏操作的重建图像以及两者相结合的重建图像进行了对比。通过实验验证了所提方法的可行性, 通过分析频谱比较证实了几种方法, 利用信噪比直观地证实了几种方法的有效性。结果表明, 时间、空间退偏结合对散斑噪声的抑制有着明显的优势, 空间退偏的重建像的信噪比为0.4459, 时间退偏的重建像信噪比为1.5155, 而两者结合后的信噪比为1.7162, 采用时间退偏以及空间退偏叠加的方式有效地抑制了相干噪声。该实验为研究数字全息成像的过程中由于光源相干度过高带来的散斑噪声干扰的问题提供了一个有效的抑制方法。
全息 散斑抑制 时空退偏叠加 低相干光 holography speckle suppression depolarization superposition of space-time low coherence light
上海工程技术大学 电子电气工程学院 电子信息工程系, 上海 201620
为了避免在高功率脉冲下产生光纤非线性效应和前端振动不敏感, 采用了一种复合光纤的新型光纤传感结构方法, 进行了理论分析和实验验证。使用多模光纤与单模光纤的混合作为传感光纤的方法, 通过处理不同功率脉冲下的传感信号, 取得了光纤传感的距离数据, 并针对多模光纤在喇曼系统的传感作用, 对其传感特性进行了讨论。结果表明, 该新型复合光纤传感结构可探测30km处的振动信号。此研究为多模光纤在相位敏感光时域传感领域的科学研究和工程应用提供了参考。
光纤光学 振动检测 远程敏感 多模光纤 fiber optics vibration measurement remote sensitive multi-mode fiber
上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620
研究相位敏感光时域反射仪振动检测时, 高功率激光脉冲的入射使得光电探测器产生饱和现象而导致光纤前端振动传感不敏感, 低功率又满足不了远距离检测的需求。 为了解决这一问题, 采用一种新型传感结构的方法进行了理论分析和实验验证。根据入射功率的高低对光纤分段检测, 通过相应的数据处理, 实现了光纤振动全程敏感的结果。同时, 为了进一步提高该系统的振动灵敏度和信噪比, 对比分析了雪崩二极管检测与利用低噪声光电二极管检测的结果, 并比较了声光调制器与半导体光放大器的实验效果。结果表明, 当测量距离为38km时, 相比雪崩二极管检测, 利用低噪声光电二极管与掺铒光纤放大器有更高的信噪比; 相比声光调制器, 利用半导体光放大器能得到更高信噪比。该新型传感结构为光纤传感器领域的科学研究和工程应用提供了很好的参考。
光电子学 振动检测 分段测量 全程敏感 optoelectronics vibration detection segmentation measurement full sensitivity
1 上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海201620
2 上海华测导航技术股份有限公司, 上海201702
为了研究不同线宽的激光光源对马赫-曾德尔光纤干涉仪定位精度的影响, 采用互相关定位算法原理搭建了一套扰动定位系统。采用3kHz和1MHz的半导体激光器作为系统输出光源, 并对其进行多次的定点扰动, 将得到的实验数据根据互相关原理做计算, 并与理论推导结果进行了对比分析。结果表明, 在时间域采样速率都为100MHz的情况下, 系统采用3kHz的激光器时, 平均定位误差为34.4m, 远小于采用1MHz光源下225.4m的定位误差; 在干涉仪信号臂中接入3m单模光纤, 使信号臂长度和参考臂长度基本相同, 可以很大程度上抑制了系统的共模噪声; 窄线宽激光器可以提高系统的定位精度。该研究对于干涉仪激光器的选取、系统性能参量的评估是有积极意义的。
光纤光学 光纤干涉仪 互相关定位 窄线宽激光器 共模噪声 fiber optics fiber optic interferometer cross-correlation positioning narrow linewidth laser common mode noise
1 上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
2 东华大学 理学院，上海 201620
为了对相位敏感光时域反射系统进行优化设计，采用相位敏感光时域反射原理搭建了一套多点入侵检测系统，通过数值模拟和实验分析了激光器线宽对系统性能的影响，由理论分析发现，随着激光器线宽的增大，系统探测到的后向相干瑞利散射的波纹逐渐平滑，系统的信噪比和定位精度也随之降低，直至不能定位和识别干扰信息；并利用7km的光纤进行了相关实验。结果表明，当激光器线宽由5kHz增加到200kHz时，系统探测到的后向瑞利散射信号出现了较大的平滑，信噪比则由12dB减小到3dB，这与理论分析的规律一致。
光纤光学 线宽 相干瑞利 信噪比 fiber optics linewidth coherent Rayleigh signal-to-noise ratio
