1 中北大学 计算机与控制工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
3 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
由于现有单激光告警系统只能实现来袭激光一维的方位和波长等信息，提出了一种单激光告警系统同时测得二维方位信息和波长信息的新方法，该方法的光学系统主要由遮光罩、光栅、透镜组和面阵CCD组成，通过对来袭激光经过光栅后的一级和零级衍射光斑位置的判决，得到来袭激光二维方位和波长信息。通过理论分析说明了该方法的原理，并推导得出二维方位角和波长的测量公式，根据要求推导确定了光学元件参数，并通过实验验证了其可行性。实验结果显示波长分辨率小于10 nm，角度分辨率小于1°，x方向视场角为30°，y方向视场角为15°。
二维激光告警 光栅衍射 激光波长 二维方位角 光学设计 two-dimensional laser warning grating diffraction laser wavelength two-dimensional azimuth optical design
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室， 山西 太原030051
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心， 山西 太原030051
针对现有弹光调制器(photoelastic-modulator, PEM)的调制频率高(几十kHz以上)， 调制干涉信号频率更高， 普通阵列探测器无法有效采集， 提出了一种基于双弹光调制器拍频调制和傅里叶-贝塞尔(Fourier-Bessel)变换的光谱测量方法， 并结合CCD成像技术构成新型双弹光调制成像光谱技术(dual-photoelastic-modulator-based imaging spectrometer, Dual-PEM-IS)。 该方法将双弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率上， 以对光进行拍频调制， 并产生载有被测光的低频调制分量(比驱动频率小2～3个数量级， 普通CCD可实现探测)， 通过对调制信号中的低频成分进行Fourier-Bessel变换可得到目标光谱， 使得弹光调制兼具了成像和光谱测量能力。 介绍了其原理并推导出光谱反演公式， 并通过仿真和实验验证其可行性， 分析了光程差的微小偏差对反演光谱造成的影响， 为进一步工程化实现提供了必要的理论基础。
双弹光调制 成像光谱 傅里叶-贝塞尔变换 拍频 Dual-photoelastic-modulator Imaging spectrometer Fourier-Bessel transform Beat frequency
中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心,太原 030051
为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器, 得到高质量图像信息, 结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP), 提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件, 采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元, 做到对光学信号的快速采集与并行处理, 满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中, 以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机, 上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中, 实现对测量信号的精确探测与采集, 并得到完整的图像信息。
成像系统 三弹光调制器 成像光谱偏振探测技术 现场可编程门阵列 imaging system three bombs light modulator imaging spectrometer polarization detection techni field-programmable gate array
1 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
为了提高激光探测的方位分辨率, 实现对来袭激光的准确定位, 选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。 介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理, 在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。 探测器在FPGA时序的控制下, 输出模拟量通过高速AD进行采集, 数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中, 然后通过USB传送至PC机。 上位机Labview采集原始数据, 处理并显示。 利用上述方法, 完成了成像实验, 采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射, 对探测得到的衍射图像进行分析, 判断出零级和一级的位置, 根据光栅衍射理论, 计算出相应波长和二维方向入射角, 结果显示波长误差小于10 nm, 入射角误差小于1°。
焦平面阵列 激光告警 光栅衍射 Focal plane array Laser warning Diffraction grating FPGA FPGA 光谱学与光谱分析
2014, 34(4): 1140
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
针对单个光弹调制器((Photoelastic Modulator，PEM))干涉具受到材料本身热、力学的限制，产生的最大光程差小，而多个PEM串联又难以控制，且多个PEM界面的多次反射将使光能大量损失等缺点，提出一种在单PEM上贴全反射膜经过多次反射有效提高最大光程的方法。理论推导分析了不同反射情况对光程差的影响，并得到任意角任意位置入射经多次反射后产生最大光程差的公式与光谱反演公式，且通过COMSOL、MATLAB、ZEMAX仿真和实验验证其可行性。实验选用的弹光晶体为硒化锌(ZeSe)，压电晶体为石英，结果显示实验与理论的相对误差为0.21%，为该方法的工程应用提供了参考。
光弹调制 多反射 光程差 干涉具 仿真 photoelastic modulator multiple reflections optical path difference interferometer simulation
1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号，能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析，设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路，主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明：设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右，实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大，为后续傅里叶变换提供可靠数据。
弹光调制干涉具 高信噪比 高带宽 光电转换 微弱速变电信号 photoelastic modulated interferometer high signal-to-noise ratio high bandwidth photoelectric conversion weak electric signal of rapid change
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室
2 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 太原 030051
提出了一种基于双光弹调制差频调制和傅里叶 -贝塞尔 (Fourier-Bessel)变换的光谱偏振测量方法, 该方法将双光弹调制器 (Dual-photoelastic-modulator, Dual-PEM)分别工作在数值略有差异的频率上, 以对光进行差频调制, 并产生载有被测偏振信息的低频 (几十~几千赫兹)调制分量, 普通阵列探测器就可以实现低频分量的探测。通过对调制信号中的低频成分进行傅里叶 -贝塞尔变换, 可得到被测光对应的 Stokes矢量中 Q(σ)和 U(σ)的光谱。该方法降低了偏振光谱测量系统的复杂度。本文介绍了其原理并推导出了偏振光谱反演公式, 并通过仿真和实验验证其可行性。
双光弹调制器 Stokes矢量 偏振光谱 傅里叶 -贝塞尔变换 dual-photoelastic-modulator Stokes parameters spectropolarimeter Fourier-Bessel transform
