红外与激光工程
2023, 52(11): 20230156
1 暨南大学信息科学技术学院,广东 广州 510632
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
硅基微环谐振器由于其优异的光谱选择性、紧凑的占地面积和低功耗特性,被大量应用于光子集成领域。但是,由制造误差和硅基器件高热敏性引起的微环谐振波长偏移会导致工作状态不稳定,在实际应用中需要实现相应的波长锁定方案。提出了一种基于差分进化和数字微扰的微环波长锁定系统,以输出光功率为监测变量,在全局搜索阶段基于差分进化算法搜索最佳加热功率来定位目标信号波长,在局部锁定阶段基于数字微扰算法解调出误差信号,据此来增减加热功率以消除环境温度波动干扰。经过理论推导和实验验证,发现提出的差分进化算法搜索最佳加热功率的速度比传统的逐步扫描方式快4倍左右,实验验证了在400 s内、在环境温度变化5 ℃条件下微环谐振波长的稳定锁定。
硅基微环 波长锁定 差分进化 数字微扰 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2323002
为实时了解船闸人字门长期满负荷工作可能带来的结构安全问题,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感技术的人字门结构形变在线监测方法。通过对人字门结构进行建模与仿真,弄清门体整体受力分布情况;根据受力分布情况,在人字门上布置若干光纤光栅倾角传感器,实时动态监测门体各部位倾斜角度;将动态倾角变化量转化为结构形变量,建立门体拱度与各点形变量之间的映射关系。结果表明,光纤光栅倾角传感器具有良好的重复性,能够准确反映闸门开、关运行过程;所监测门体最大受力区域为门底枢止水附近,最大拱度在0.1°以内,最大形变量在7 mm以内。
船闸人字门 光纤光栅倾角传感器 门体结构拱度 形变量 动态监测 miter gate of ship lock fiber Bragg grating tilt sensor arch of gate body structure deformation dynamic monitoring
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳地区军事代表室,四川 绵阳 621000
针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO2浓度低的特点,结合波长调制TDLAS技术,设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器,实现锁相放大和数据采集功能一体化,并将其成功应用于低浓度CO2检测中。为解决低浓度CO2吸收微弱、噪声强等问题,设计了高精度ADC模块,电压分辨率可达0.3 mV;基于DDS原理内部产生正余弦参考信号,保证谐波信号单一性,且实现参考信号频率可调节,覆盖范围1~40 kHz;改进了CIC滤波器,并通过降采样级联FIR滤波器的方式,以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波,积分时间200 μs~20 ms可调;基于CORDIC算法实现平方和开根运算,相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化,基于Qt实现上位机并结合串口通信,使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下,测量了CO2在2 μm波段的吸收光谱,获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6,相较于直接吸收信噪比8.8,提高约11.7倍;设计并开展低浓度CO2标定实验,获取二次谐波信号幅值和CO2浓度之间的线性关系,相关度为0.996;在纯氮气条件下,利用Allan方差评估了系统性能,平均时间为2 s时,系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10−6),平均时间为180 s时,系统检测下限0.19 ppm;分析了系统响应时间,可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明,设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点,可满足传输内通道中低浓度CO2的检测需求。
数字锁相放大器 激光传输 FPGA TDLAS 数字滤波器 CORDIC算法 digital lock-in amplifier laser transmission FPGA TDLAS digital filter CORDIC algorithm 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230023
Author Affiliations
Abstract
1 Optical Communication Laboratory, Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China
2 Hainan Institute of Zhejiang University, Sanya 572000, China
3 Key Laboratory of Ocean Observation-Imaging Testbed of Zhejiang Province, Ocean College, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China
This paper presents an improved method for imaging in turbid water by using the individual strengths of the quadrature lock-in discrimination (QLD) method and the retinex method. At first, the high-speed QLD is performed on images, aiming at capturing the ballistic photons. Then, we perform the retinex image enhancement on the QLD-processed images to enhance the contrast of the image. Next, the effect of uneven illumination is suppressed by using the bilateral gamma function for adaptive illumination correction. The experimental results depict that the proposed approach achieves better enhancement than the existing approaches, even in a high-turbidity environment.
quadrature lock-in discrimination clear vision scattering retinex uneven illumination Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101102
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230181
赣南师范大学江西省数值模拟与仿真技术重点实验室,江西 赣州 341000
图像采集时易受背景光的干扰,影响成像质量。激光锁定成像技术利用正弦调制的辅助激光实现了良好的背景光消除,但成本高和安全性不足,且要求图像传感器帧频足够高以满足调制速度。因此对该技术进行扩展,从理论上探讨除正弦波外的其他信号调制辅助光源的可行性和背景光消除机制。采用LED为辅助光源,并利用优化图像采集的控制方式降低对图像传感器帧频的要求。理论研究表明,锁定成像技术辅助光源的调制信号可扩展到一个周期内积分为零的任何波形信号。采用正弦波、方波、三角波、锯齿波调制LED光源的实验结果表明,在一个调制周期内,所提技术采用4种调制波形后在不同采样率下都取得较好的背景光消除效果,且该技术对辅助光源及图像传感器帧频的要求不高,验证了理论的可行性。
锁定成像 辅助光源 调制 背景光消除 鉴相 理论机制 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1411003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院强激光材料重点实验室,上海 201800
4 中国科学院大学杭州高等研究院,浙江 杭州 310024
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
目前,高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品,现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置,采用双光路测量方法,通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比,信号差值本身相对较小,因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10-5,与光腔衰荡法进行对比,测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度,满足99.9%~99.99%反射率的精确测量需求。
测量 激光光学 高反射率 分光光度法 光学薄膜 锁相放大器 中国激光
2023, 50(10): 1004002
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009