在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量，但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号，探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律，实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明，粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动，并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5 μm显著增加至100 μm以上，同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制，深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系，提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。
增材制造 激光粉末床熔融 在线监测 熔池光信号 沉积缺陷 中国激光
2024, 51(10): 1002308
针对高速旋转设备分布式测量需求, 设计了一种单通道光纤旋转连接器(FROJ), 并进行了性能测试。以此单通道FROJ为基础, 采用磁光开关通过时分复用方式设计了四通道FROJ, 在静态和动态条件下分别测试了其插入损耗。实验结果表明: 该四通道FROJ的插入损耗小于4.5 dB,旋转变化量小于2 dB, 在转速不超过600 r/min时可以实现光信号的可靠传输。
光纤旋转连接器 磁光开关 时分复用 多通道光信号传输 分布式测量 fiber optic rotary joint magneto-optic switch time-division multiplexing multi-channel optical signal transmission distributed measurement
1 中国科学院国家空间科学中心 空间天气学国家重点实验室，北京0090
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院，北京100049
为了实现集成电路内部电信号波形的非接触探测，设计了基于共光路干涉仪的探测光路，同时利用锁相放大技术噪声抑制能力强，灵敏度高的特点，提出了基于锁相放大的信号处理方法提取反射光中携带的微弱器件电光信号。该方法利用器件电光信号强度随器件电信号周期性变化的特点，首先将来自光电探测器的电信号进行锁相放大处理消除大部分噪声，然后再利用平均处理技术进一步抑制外界噪声干扰，提高器件电光信号的信噪比，从而将淹没在噪声中的器件电光信号提取出来，重建器件内部电学信息。利用该探测方法成功探测到芯片内部动态工作电流在μA量级的电路节点电光信号，信噪比达到4.99 dB，而仅使用平均处理技术得到的信号信噪比只有-44.29 dB。研究内容为集成电路内部电信号的光学探测提供了一种新的思路，未来可在集成电路动态缺陷检测领域得到应用。
集成电路 锁相放大 电光探针 电光信号 integrated circuit lock-in amplifier electro-optical probing electro-optical signal 光学 精密工程
2022, 30(18): 2178
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
基于四波混频效应的全光波长转换技术在解决全光信号处理问题中至关重要。波长转换是通过波长转换器将受阻的数据转换到其它空闲波长上进行输出，可解决资源分配不足、通信质量降低的问题。硅基波导及光子晶体光纤等都可用于波长转换，但对于短距离通信，硅基波导更具优势。构建了一种新型MEH-PPV硅基光波导，通过有限元法对其进行了色散调控，分析了该波导在最佳结构下的相位失配特性及非线性系数的变化特性。结合该波导的传输损耗、相位失配特性以及非线性系数，建立了基于泵浦简并条件下的四波混频数学模型，分析了不同信号光功率、泵浦光功率以及波导长度下的波长转换效果。结果表明：采用MEH-PPV材料作为夹层的slot硅基波导，最大波长转换效率约为16 dB，其转换带宽为400 nm左右，在全光信号处理领域具有广泛的应用前景。
光学器件 波长转换 全光信号处理 四波混频 slot硅基波导 MEH-PPV 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1723001
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所微系统技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学信息学院，上海 201210
基于麦克风阵列的波达方向估计在野外传感网络的理论研究和工程实践领域有着重要的战略意义，多通道麦克风阵列在进行声源定向时往往因为各个通道存在幅度和相位的不一致而产生定向误差。针对这一问题，提出了一种自适应的麦克风阵列通道不一致校正方法。该方法基于子空间分解原理构造了信号谱空间的目标代价函数，结合模拟退火算法模型，通过对代价函数最小化的方法，求得阵列的校正矩阵。通过计算机使用上述方法对8元麦克风阵列进行仿真模拟，并采用4元麦克风阵列进行实际测试，仿真及实际测试结果验证了该校正方法的可行性。
光信号处理 麦克风阵列 波达方向估计 频谱分析 模拟退火 自适应校正 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1707001
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 中船黄埔文冲船舶有限公司, 广东 广州 510715
3 大连船舶重工集团有限公司, 辽宁 大连 116000
由于旋转激光扫描测量系统采用的是有源式收发分体的仪器架构,因此其易受到工业现场复杂测量条件的制约。针对系统现场适应性受限的问题,提出了一种基于旋转激光扫描的单站式无源多靶点定位方法。在所提方法中,将多个角锥棱镜作为无源待测靶点。通过构建非球面反射接收模型实现了信号发射端与接收端的结合,并分析比较了该测量模式下的信号延时。此外,建立了多靶点光信号匹配机制以实现无源多靶点交会定位。最后,在工作空间测量定位系统平台上进行了实验验证。结果表明,所提方法在10 m测量范围内的三个方向上均能实现亚毫米级的定位精度,有效提高了旋转激光扫描测量系统在复杂测量环境中的适应性。
测量 旋转激光扫描测量系统 非球面反射 信号延时分析 光信号匹配 无源多靶点定位
提出了一种基于偏振延时干涉的瞬时频率测量(IFM)系统。通过检测两路正交偏振信号的光功率,建立了振幅比较函数(ACF)。计算结果表明,ACF仅与待测微波信号频率以及利用保偏光纤(PMF)双折射效应引入的时延差有关,并且调节时延差可实现ACF测量范围及精度的可调谐。仿真结果表明,频率范围为0~25 GHz的IFM系统的绝对误差容限为300 MHz。此外,讨论了激光器波长漂移、射频信号强度、马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压漂移、MZM消光比、偏振控制器2(PC2)偏振角漂移对系统测量频率的影响。与同类方法相比,所提方案中采用了PMF和偏振分束一体化结构,在实现频率范围可调的同时,简化了系统结构并降低了成本。
光信号处理 射频光子学 瞬时频率测量 偏振延时干涉 光学学报
2021, 41(21): 2107001
光子学报
2021, 50(10): 1006002
针对光纤旋转连接器(FORJ)普遍存在着结构复杂、损耗过大和转速低等问题，提出了一种高速单通道单模FORJ结构，并对其性能进行了相关的实验测试，对FORJ中光信号传输时的损耗进行了分析研究。实验结果表明：所设计的单通道单模FORJ能够在8000 r/min的高转速下传输光信号，损耗量为19.6 dB，且能承受的最大冲击载荷为20 m/s2，旋转输入轴的最大径向振幅为0.63 mm，能够适应较为恶劣的工作环境。
光纤旋转连接器 光纤准直器 高速 非接触光信号传输 fiber optic rotary joint optical fiber collimator high-speed non contactoptical signal transmission
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
基于受激布里渊散射（SBS）效应的布里渊动态光栅（BDG）自提出以来，一直受到人们的广泛关注。相比于光纤布拉格光栅（FBG），BDG具有快速重构、读写分离、参数可控等优点，已在保偏光纤、单模光纤、少模光纤和光子晶体光纤中实现。同时，不同类型的BDG研究也不断出现，如啁啾BDG、相移BDG、混沌BDG和随机BDG等。简要介绍了BDG的产生原理，并对不同光纤中的BDG、不同类型BDG及BDG在分布式光纤传感、全光信号处理领域的应用进行详细阐述，最后，对BDG的发展趋势进行了总结与展望。
光栅 受激布里渊散射 布里渊动态光栅 光纤传感 全光信号处理 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0700004
