1 中国航空工业集团公司 北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
2 中国科学技术大学 地球与空间科学学院，安徽 合肥 230026
在瞬态高速测速场景中，目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s，因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性，在光域中完成信号降频处理，降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统，飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域，避免了速度信号的采样间断；信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿，减小了因为位移引入的系统误差，从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片，测试了文中测速系统在记录时间1.2 µs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源，第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤，构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz，通过与光子多普勒测速系统进行结果比对，实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量，为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。
超快测量 光子多普勒测速 时间拉伸 激光驱动飞片 瞬态高速 ultrafast measurement photon Doppler velocimetry time-stretched laser-driven flyer transient high-speed 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210809
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
3 西安电子科技大学 机电工程学院, 陕西 西安 710071
设计了一种基于鱼眼镜头的高效率光纤阵列耦合系统, 并将其应用于多点光子多普勒测速仪, 可以在爆轰物理、冲击波物理和强激光等众多领域中开展多点测速。为满足大范围的空间光进行聚焦, 设计了一款视场角为120°的大视场高分辨率低畸变的鱼眼镜头, 再将光纤端面整体抛光8°角度进行阵列排布后与鱼眼镜头耦合, 通过采用高精度机械零件及定心装调进行准确定位, 使光纤阵列的中心与鱼眼镜头焦面重合, 实现鱼眼镜头与光纤阵列的精密机械耦合。最后对所涉及的光纤机械耦合型鱼眼镜头组件的回波损耗进行了实际测量和讨论, 经过验证该组件的37根光纤束每根的回波损耗大于55dB, 符合设计指标要求。
光子多普勒测速 光纤阵列 鱼眼镜头 机械耦合 回损测量 photonic Doppler velocimetry optical fiber array fish-eye lens mechanical coupling return loss measurement
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
爆轰物理、冲击波物理、强激光等众多领域均提出了对多个目标同时进行测速的要求, 从而急需研制多点测速系统。论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构, 计算了整个光纤链路上的功率变化, 分析了多点光子多普勒测速系统最大通道数量的各个影响因素及影响程度。根据分析结果, 研制了一套八通道光子多普勒测速样机, 可对8个测点进行同步测速, 并进行了爆轰加载金属飞片和粒子的验证实验。实验结果表明, 在测试条件逐渐恶化, 探头接收效率逐渐降低的情况下, 样机对单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果, 获得了信噪比较高的待测目标速度曲线。研究结果对于深入探索多点激光测速技术及其应用极具参考意义。
光子多普勒测速 速度 爆轰 光功率 接收效率 photonic Doppler velocimetry velocity explosion optical power receiving efficiency 红外与激光工程
2016, 45(4): 0422001
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在冲击波、爆轰、兵器、激光等众多研究领域中，均提出了使用单个探头对一个测点进行多种技术同步复测的迫切需求。为实现上述目标，分析了常规和外差式光子多普勒测速技术的工作机理、光学结构和复测难题，设计了一种基于单探头实现常规和外差式光子多普勒测速技术同步复测的方案，并根据该方案搭建了一套新型测速装置。设计了爆轰波加载铝飞片和铅粒子群的考核实验，实验结果显示，使用单个测速探头对单个或多个目标均实现了优异的测速效果，获得了2 种技术在单次实验中各自独立测量到的待测目标速度曲线。该研究内容及实验结果对充分研究激光测速技术在单探头多技术复测方面的应用极具意义。
光纤光学 光子多普勒测速 速度 光纤测速探头 光学外差 中国激光
2015, 42(10): 1005007
采用真空磁控溅射方法制备了CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al,(CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al三种复合飞片, 利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜对复合飞片进行表征, 结果表明,不同材料膜层的分界面清晰可见, 复合薄膜的表面结构致密, 颗粒基本尺寸可以达到nm级, 均匀性好。利用光子多普勒测速技术对三种复合飞片速度进行测量, 结果表明: 将飞片靶放置在空气电离点偏前的位置(入射激光方向), 增大聚焦光斑, 能改善激光电离空气引起的能量屏蔽作用；含能烧蚀层CuO/Al的存在, 有助于提高飞片速度。在含能薄膜烧蚀层厚度一定的情况下, 增大周期、减小每层薄膜厚度, 有助于提高含能薄膜反应程度, 减小飞片上升沿时间。在同等激光能量密度下, (CuO/Al)Ⅷ/Al2O3/Al的上升沿时间低于(CuO/Al)Ⅱ/CuO/Al2O3/Al。
磁控溅射 激光驱动 复合飞片 光子多普勒测速 magnetron sputtering laser-driven composite flyer photonic Doppler velocimetry 强激光与粒子束
2015, 27(1): 011006
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
随着相关研究的发展，在冲击波物理、爆轰物理、强激光、兵器等众多领域中，均提出了通过单个探头对小范围内的多个目标，如多个小飞片或粒子群，同时进行高精细度速度测量的要求，为满足该要求，论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构，分析了单探头多目标测速应用时的信号特征和数据处理方法，指出速度分辨率和空间分辨率是决定该性能的关键因素。根据理论分析结果，采用光通信行业中的常规器件，搭建了一台光子多普勒测速仪，并设计了爆轰实验装置，同时利用该装置进行了爆轰加载金属飞片的验证实验。实验结果表明，使用单个光子多普勒测速探头，对单个大尺寸铝飞片、多个小尺寸铝飞片、铅靶喷射粒子群等单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果，获得了各目标的速度曲线以及多条速度曲线构成的速度带，测量最高速度达到2.5 km/s,工作距离达到20 mm。研究结果对于深入探索光子多普勒测速技术在单探头多目标测速中的应用有重要的参考意义。
光纤光学 光子多普勒测速 探头 多目标 速度分辨率 中国激光
2014, 41(11): 1105004
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
对光子多普勒测速(PDV)的基本原理和光学外差技术进行了阐述，对时分、波分、波分时分联合等三种多路复用光子多普勒测速(MPDV)复用方案进行了深入的分析，并指出了各种方案适宜的多点测速类型。根据理论分析结果，设计并搭建了一套2路波分加2路时分的MPDV，并设计了爆轰实验装置，同时利用该装置进行了爆轰加载铝飞片的验证实验。结果表明，较好地实现了MPDV技术，并从其复用了4个测点速度信息的1路干涉信号中，分别解读出了各个测点的多普勒频移曲线及速度曲线，最高速度达到2.5 km/s,飞行时间达到16 μs，同时验证了MPDV与常规PDV和外差式PDV在静态干涉信号、多普勒频移曲线、速度曲线等方面的差异性和相同点。研究结果对于研究大数量点数MPDV有重要的参考意义。
光纤光学 多路复用光子多普勒测速 光学外差 时分复用 波分复用 中国激光
2014, 41(11): 1105009
