红外与激光工程
2024, 53(2): 20230602
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Radio frequency/microwave-directed energy sources using wide bandgap SiC photoconductive semiconductors have attracted much attention due to their unique advantages of high-power output and multi-parameter adjustable ability. Over the past several years, benefitting from the sustainable innovations in laser technology and the significant progress in materials technology, megawatt-class output power electrical pulses with a flexible frequency in the P and L microwave wavebands have been achieved by photoconductive semiconductor devices. Here, we mainly summarize and review the recent progress of the high-power photonic microwave generation based on the SiC photoconductive semiconductor devices in the linear modulation mode, including the mechanism, system architecture, critical technology, and experimental demonstration of the proposed high-power photonic microwave sources. The outlooks and challenges for the future of multi-channel power synthesis development of higher power photonic microwave using wide bandgap photoconductors are also discussed.
high-power photonic microwave wide bandgap photoconductive semiconductor devices linear modulation multi-parameter adjustable microwave generation multi-channel power synthesis Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 012501
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中北大学前沿交叉科学研究院, 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 中北大学前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051
随着激光技术的发展, 激光**得到了快速发展, 针对来袭激光的威胁, 激光告警也成为目前各国发展的重点, 不同的激光告警系统探测不同的参数, 根据告警参数采取相应的躲避和反击措施; 目前激光告警主要探测参数有来袭激光方位角、 俯仰角、 激光波长、 激光脉冲宽度等, 但现有激光告警系统无法实现多参数的同时探测, 且光谱范围窄、 视场小、 探测俯仰角和方位角为相对角度、 无法获得绝对来袭方向。 为此本文提出宽光谱波段、 大视场、 多参数激光告警新方法, 可实现450～1 700 nm宽光谱来袭激光波长、 绝对方位角、 绝对俯仰角、 脉冲宽度多参数的高精度综合测量, 该方法主要由激光脉冲宽度测量、 绝对角度及激光波长测量、 控制及数据处理三大部分组成。 其中脉冲宽度测量模块由光学镜头、 多带通窄带滤光片、 高速光电探测器组成, 实现来袭脉冲激光的高速光电转换; 绝对角度及激光波长测量模块由光栅、 大视场宽波段消色差镜头、 多带通窄带滤光片、 宽波段面阵探测器、 三维电子罗盘组成, 通过一级和零级衍射光斑位置获得来袭激光波长、 相对方位角和相对俯仰角信息, 结合三维电子罗盘测得的方位角、 俯仰角以及横滚角, 进而获得来袭激光的三维绝对方位角和绝对俯仰角。 多带通窄带滤光片主要是根据常用几个军用激光波长进行选通滤光, 有效滤除背景光的影响, 降低系统虚警、 漏警。 理论分析推导具体测量方法和参数, 设计宽光谱多参数激光告警探测系统样机, 并进行实验可行性验证。 实验结果表明, 该系统的方位角视场120°、 俯仰角视场96°、 角度测量精度优于1°、 中心波长测量精度优于10 nm、 脉宽测量精度优于3 ns。 该技术将为海、 陆、 空、 天领域对来袭激光的高精度多参数综合探测奠定基础, 有望提高复杂战场的生存能力。
多参数激光告警 宽光谱 激光波长 激光方向 激光脉冲宽度 电子罗盘 Multi-parameter laser warning Wide spectral range Laser wavelength Laser direction Laser pulse width Electronic compass 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2581
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
提出一种基于空芯光纤的温度、湿度和应变同时测量的三参数光纤传感器。该传感器由一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间而成。独特的空芯结构使法布里-珀罗、马赫-曾德尔和反共振3种机制在传感器中并存。实验中，选取反射、透射谱中3个干涉谷dip 1、dip 2、dip 3，分别测试其谷底位置与温度、湿度和应变的对应关系，利用传递矩阵消除不同参数间的交叉敏感，实现了温度、湿度和应变的高灵敏度同步测量。测试结果表明，该传感器的温度灵敏度、相对湿度灵敏度和应变灵敏度分别可达22.4 pm/℃、37.5 pm/%、1.22 pm/με，在结构健康监测方面有望获得重要应用。
光纤光学 空芯光纤 反共振效应 马赫-曾德尔 法布里-珀罗 多参数传感 光学学报
2023, 43(23): 2306001
兰州交通大学 光电技术与智能控制教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730000
功率分配器(简称功分器)作为微波电路中常用的射频器件, 是构建5G系统多输入多输出(MIMO)馈电网络的重要组成单元。为了对已有固定频率的功分器结构进行重新快速地优化设计, 以适用于包括5G工作频段在内的任意实际所需的工作频段, 该文以预先设计的一种双频功分器作为优化设计目标, 提出了一种基于改进后的一维卷积神经网络的深度学习方案。预测功分器在其他任意双谐振频率处拥有良好性能的几何结构参数, 运用自组织映射神经网络进行样本的选取, 提高卷积神经网络的训练效率。预测出的功分器在电磁仿真软件中进行验证, 仿真结果显示功分器在工作频率处的回波损耗高于20 dB, 隔离度高于25 dB, 插入损耗低于3.4 dB, 工作带宽约为450~600 MHz, 证明了利用神经网络实现多参数目标功分器的优化设计是一种快速有效的方法。
双频功分器 卷积神经网络 自组织映射神经网络 多参数目标优化 dual-band power divider convolutional neural network self-organizing map neural network optimization of multi-parameter objectives
1 北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 中国传媒大学信息与通信工程学院，北京 100024
提出一种借助机器学习算法从信号非完整信息提取待测参量的方法，该方法以只包含信号部分信息的功率谱幅度数据取代包含脉冲幅度和相位全部信息的数据来完成参量提取，克服了复杂光信号相位信息测量困难的问题。通过模拟仿真，验证了使用机器学习算法实现从脉冲演化提取传输介质参量信息的能力以及利用缺失相位信息的脉冲功率谱实现光纤多参量探测的可行性。仿真结果表明，采用适当的机器学习算法，所提方法的均方误差可控制在0.3%以内。
光纤光学 光纤多参量探测 超短脉冲 机器学习算法 非线性系统 光学学报
2022, 42(20): 2006003
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 -10~7×10 -4 W/cm 2,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。
成像系统 红外成像模拟器 红外辐射校准系统 成像/光强变化响应 多参数标定
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原 030051
2 中北大学 电子测试技术重点实验室，太原 030051
针对光纤传感器的现状，简单介绍了分布式以及准分布式光纤传感器的特点、优势及应用领域，在此基础上列举了国内外在单参数与多参数技术要求下的最新研究成果，并对单参数分布式光纤传感器和多参数准分布式光纤传感器在改善光源、光纤结构及解调技术方面的研究进行了对比分析，最后对其未来发展趋势进行了展望。
分布式光纤传感器 准分布式光纤传感器 单参数测量 多参数测量 测试系统 distributed optical fiber sensor quasi distributed optical fiber sensor single parameter measurement multi parameter measurement test system
新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院， 新加坡 639798
近年来，基于光纤的功能器件被广泛应用，光纤传感器相比于传统传感器具有成本低廉、体积小、质量轻、灵敏度高、耐恶劣环境、抗环境电磁干扰等诸多优势。回顾了光纤的发展历程和基本概念，分别从传统光纤和微结构光纤(光子晶体光纤)两大类别出发，介绍了应用于温度、湿度、应力、磁场等多参量多维度的传感系统。着重介绍了液晶注入型光子晶体光纤的制备流程，以及基于该光纤双折射特性的传感应用。最后，提出了“Lab on fiber”的概念，并对光纤传感的未来发展愿景进行了展望。
光纤传感 多参量多维度传感 液晶注入型光子晶体光纤 光纤制备流程 optical fiber sensing multi-parameter multi-dimensional sensing liquid-crystal-injected photonic crystal fiber fabrication process of optical fiber
1 国防科技大学文理学院，湖南 长沙 410073
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室，上海 200050
3 国防科技大学气象海洋学院，湖南 长沙 410073
针对海洋水文环境参量实际测量需求，重点介绍了现有各型光纤温盐深仪（CTD）传感器的传感机理、研究进展、性能指标、存在的技术瓶颈等问题，并简要介绍海洋环境参量传感阵列研究进展与工程应用情况。综合国内外研究进展来看，光纤光栅型CTD传感器稳定性和环境适应性较强，已初步满足海洋环境工程监测需求，并且在海洋环境参量传感阵列化研究方面具有重要应用价值；而光纤表面等离子共振（SPR）型CTD和拉锥光纤型CTD灵敏度较高，在海洋环境多参量一体化监测方面具有较大的应用潜力。最后，在简要概述以“海洋物联网”为代表的新一代海洋监测网络发展需求的基础上，对海洋环境参量全光纤传感器发展趋势与技术需求进行展望，以期为从事相关研究的学者提供参考资料与研究思路。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306019
