强激光与粒子束
2024, 36(4): 043008
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 上海科技大学信息科学与技术学院，上海 201210
对于单光子测距雷达系统而言，发射激光脉冲瞬间和近场强后向散射带来的强背景光噪声信号均会导致光电倍增管产生强光感生噪声（SIN），严重影响后续目标的探测。为精确标定单光子量级的SIN，基于自主研制的单光子测距回波模拟器和固定脉宽为10 ns的脉冲激光器搭建了一套完备的SIN检测与评估平台。测量了不同能量的强背景光条件下的SIN，并使用相关经验公式对噪声进行了拟合。结合实际测距雷达系统，为满足百公里级测距目标反演的信噪比要求，应控制到达探测器处近场强背景光能量小于100 pJ。该研究为单光子测距激光雷达系统的性能评估提供了重要参考。
遥感与传感器 单光子测距 强光感生噪声 光电倍增管 回波模拟器 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428011
南京航空航天大学雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室, 江苏南京 210016
为提高双偏振雷达在水凝物相态识别方面的能力, 利用双偏振气象雷达目标回波中的反射率因子 ZH、差分反射率因子 ZDR、差分相位常数 KDP、共偏相关系数 ρHV, 构造反射率标准差 SD (ZH )和差分相位标准差 SD (.DP )。将这 6个极化参数作为输入量, 通过统计美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的大量水凝物样本数据, 根据样本数随雷达回波参量分布, 提出了以 β型函数为隶属函数的模糊逻辑分类算法。该算法能够有效识别小到中雨(RA)、大雨(HR)、大滴(BD)、干雪 (DS)、湿雪 (WS)、冰晶 (IC)、霰 (GR)、雨雹 (RH)、大雹 (LH)9类气象回波和 1类地物回波 (GC)。选取美国 S波段的科罗拉多州丹佛地区的气象雷达 KFTG在不同时间点的观测资料进行测试, 识别结果与 NOAA提供的 Level Ⅲ数据中的水凝物分类结果基本一致, 验证了本文提出的模糊逻辑算法具有良好的分类效果。
双偏振雷达 气象回波 模糊逻辑 降水粒子 相态识别 polarimetric radar meteorological echo fuzzy logic precipitation particles phase identification 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1476
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
路径积分差分吸收（IPDA）激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO2浓度，具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%，因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中，除了地面和海洋回波信号，还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达（ACDL）信号采集特点，针对复杂的云层回波信号，提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号，可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力，并利用云层回波信号积分值反演云上CO2柱浓度，结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致，二者偏差为2.8 μL/L。
遥感 差分吸收激光雷达 二氧化碳柱浓度 云回波信号 差分吸收光学厚度 大气遥感 中国激光
2023, 50(23): 2310001
华中光电技术研究所 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223
回音壁微腔具有超高Q值和极小的模式体积，在微波光子系统、非线性光学和量子光学等领域中具有广阔的应用前景。通过分析mm级氟化镁（MgF2）晶体回音壁微腔的损耗因素，确认了影响回音壁微腔品质因数的主要指标为材料等级和表面粗糙度。设计了mm 级MgF2晶体回音壁微腔的结构形式，使用DUV级MgF2晶体，如果回音壁微腔表面粗糙度小于0.7 nm，则MgF2晶体回音壁微腔的极限损耗理论计算值为4.781×10?11，对应的极限Q值为2.09×1010。通过对MgF2晶体回音壁微腔进行粗成型、精密车削、精密抛光，实现了高品质因数的微腔制造。测试结果表明，回音壁微腔的表面粗糙度Ra值为0.669 nm、微观形貌PV值为6.767 nm、品质因数为2.054×109@1 550 nm。
晶体 回音壁微腔 表面粗糙度 品质因数 损耗 crystal echo wall microcavity surface roughness quality factor loss
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
在脉冲激光探测中，常采用峰值检测电路获取强度信息。当激光通过部分反射或部分遮挡的空间多层物体时，会产生多个回波。传统峰值检测电路无法准确探测多回波峰值。因此，基于脉冲多回波峰值检测原理，设计了一种具有高集成度的新型脉冲多回波峰值检测电路芯片。该芯片以两级峰值采样保持电路结构为基础，通过采用交织采样和多路复用技术优化了电路结构，实现了对多回波信号的峰值检测。芯片采用CMOS 0.18 μm工艺设计，面积约为2.6 mm×0.48 mm，测试结果表明，所设计的芯片能够有效检测幅值范围50~500 mV、脉宽5 ns的多回波信号，峰值输出电压的最大误差为4.8%，通道间的输出电压最大相对偏差为5.7%，具有更精细的多回波探测能力，可集成应用于脉冲激光探测系统。
激光探测 峰值保持电路 多回波 峰值检测 laser detection peak-holding circuit multi-echo peak detection 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220625
1 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西科技大学电子信息与人工智能学院，陕西 西安 710021
3 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光场回波散射特性是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一，而具有螺旋波前结构的涡旋光束［如拉盖尔-高斯（LG）光束］更适合抑制海洋湍流的影响。利用广义Huygens-Fresnel原理，推导出弱海洋湍流中LG光束经高斯分布粗糙表面反射的回波散斑强度的解析表达式；数值分析了光源参数、海洋湍流以及粗糙目标表面参数对回波散斑场复相干度的影响。结果表明，复相干度随着LG光束拓扑荷数、束腰半径、波长的增大而减小，随着海洋湍流强度的增大而降低，随着粗糙面相干长度的增加而增大，并且当粗糙表面的相干长度大于球形波在海洋湍流中传播的相干长度时，复相干度变化不明显，表明此时粗糙表面对复相干度的影响远小于海洋湍流的影响。这一结论为海洋湍流条件下目标探测与识别提供了参考。
海洋光学 海洋湍流 拉盖尔-高斯光束 散斑 回波特性 复相干度 光学学报
2023, 43(12): 1201007
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 国防科技大学电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
受光子探测概率和探测器死时间的影响，多次累积得到的光子探测概率分布信号相对于真实目标回波信号往往会产生畸变，影响准确目标信息的提取。为此开展低信噪比条件下光子探测回波信息恢复方法研究，基于光子探测回波模型，提出基于局部退火的目标回波粒子群优化算法。仿真结果表明，不同信噪比条件下目标回波信号恢复性能的稳定性较好，在仿真条件下，算法得到的回波信号与真实回波信号的差异度控制在0.005以下，测距误差保持在3.4 cm以下。实验结果表明，该算法也能较好地恢复纵深目标信息，得到的目标纵深距离信息误差为3.45 cm。
遥感 光子探测 信息恢复 波形畸变 测距误差 目标回波 中国激光
2023, 50(10): 1010002
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
2 长春大学 电子信息工程学院, 长春 130022
针对传统米散射激光雷达结构复杂和设计成本高的缺陷, 提出一种用来探测大气气溶胶的便携式米散射激光雷达系统。首先设计了收发同轴的光学系统结构, 然后对光电探测器进行了独立设计, 最后基于系统结构搭建了可移动式米散射激光雷达实验平台, 对大气气溶胶进行了初步探测。实验结果表明: 采用设计的电源滤波器滤波后, 开关电源原始纹波电压幅度从0.1 V降低到了0.01 V内, 噪声幅值控制在0.1 V左右; 系统在白天、夜晚的斜程探测距离分别为4.5、6 km, 可以对特定区域的气溶胶进行实时监测。
大气气溶胶 激光雷达 系统设计 回波信噪比 atmospheric aerosol lidar system design echo signal-to-noise ratio
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220406
