1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 山东理工大学 物理与光电工程学院，淄博 255000
基于多光束干涉光谱成像原理，研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先，介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案，详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数，并建立甲烷气体探测正演模型。然后，分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系，以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终，迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明，在甲烷探测波段为1 630~1 675 nm，自由光谱范围为12.5 nm，光谱分辨率为0.1 nm，法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm，腔内反射率为97.5%，截止滤光片范围为（1 630±4）nm~（1 675±4）nm时，探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为［0.65%，4.30%］，探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。
温室气体探测 甲烷 法布里-珀罗干涉仪 探测灵敏度 Greenhouse gases detection CH4 Fabry-Pérot interferometer Detection sensitivity
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 430065
2 电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
3 西南交通大学信息科学与技术学院，四川 成都 611756
提出了一种噪声下非重复瞬态弱信号感知灵敏度增强方法。在双相干光频率梳（OFC）频谱克隆接收系统的基础上，利用声光频移器和光耦合器分别对本振OFC和信号OFC进行多路复制，使得瞬态弱信号频谱被分割的子信道成倍增加。在接收端灵敏度范围内，各子信道频谱被下变频至同一中频，并在频域中同步累加，累加后瞬态信号的感知信噪比（SNR）以倍数增加。利用梳齿个数为9的频谱克隆接收机对带宽为18 GHz的瞬态噪声信号进行感知，当本振OFC和信号OFC进行1、2、3路复制时，瞬态信号的感知灵敏度增益分别提升至12.63 dB、14.04 dB、15.43 dB。与双相干OFC频谱克隆接收结果相比，所提结构的SNR提升了3.0 dB、4.5 dB、5.9 dB，并进一步讨论了分路损耗对SNR改善比的影响。所提方案基本上不增加OFC生成模块的复杂度和频谱覆盖范围，实现了SNR倍增式增强。
光电子学 微波光子 瞬态弱信号 频谱克隆接收机 声光频移器 探测灵敏度 光学学报
2023, 43(10): 1025001
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 重庆嘉陵特种装备有限公司, 重庆 400032
单镜头天幕靶配接线阵光源构成等腰三角形探测光幕, 常用作室内靶道速度测量装置, 探测灵敏度直接影响天幕靶测速精度。分析了该类探测光幕的构建及工作原理, 考虑天幕靶光学镜头的边缘效应及照度距离衰减, 建立了灵敏度计算模型, 推导了弹丸穿过光幕时刻遮挡光源引起光通量变化量的计算公式, 以弹丸穿过光轴上某处产生的光通量变化量为参考值进行归一化处理, 得到探测光幕内灵敏度分布规律并进行实弹射击试验验证, 文中的结论可用于指导天幕靶配接线阵光源测速系统的使用和设计。
应用光学 天幕靶 线阵光源 速度测量 探测灵敏度 applied optics sky-screen linear array light source velocity measurement detection sensitivity
1 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
对多元探测的灵敏度模型进行研究，结合探测信噪比、探测概率和虚警率等推导建立了该模型，并进行实验验证，证明了该模型的准确性。在此基础上，仿真分析不同探测条件下，APD单元数、脉冲累加次数、填充因子和死时间对探测灵敏度的影响，为多元APD的选型提供理论依据。结果显示，脉冲累加次数为6时，填充因子越大，死时间越小，测距性能越好。在高背景噪声下，APD单元数的增加对探测灵敏度的提升效果显著。在低背景噪声下，采用4元APD就可以达到较好的测距效果。
机载激光测距 多元探测 探测灵敏度 airborne laser ranging multivariate detection detection sensitivity
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用提拉法生长了Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶, 该晶体属于立方晶系, Oh10-Ia3d空间群。掺杂的Si4+没有改变YAG的晶体结构, 但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si4+的引入使得Yb2+含量增多, 这是由于Si4+引入了过量的电荷, 为满足电价平衡, Yb3+转换为Yb2+。Yb2+的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si4+共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%, γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外, 由于原料中含有多种Yb的同位素, Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外, 还可以与中子发生核反应产生带电粒子, 进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb3+决定, 因此, Si4+掺入也降低了中子探测灵敏度。
Si4+掺杂 Yb∶YAG晶体 提拉法 闪烁性能 探测灵敏度 Si4+ doping Yb∶YAG crystal Czochralski method scintillation property detecting sensitivity
1 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津
2 空军研究院系统工程所, 北京
3 哈尔滨飞行学院, 哈尔滨
自由空间激光通信以其传输速率高、保密性能好、体积质量小等特性, 在无线通信领域具有广泛的应用前景, 特别是卫星领域, 可有效解决微波通信通信速率低、体积大等问题。为实现远距离、高速率的星间激光通信系统, 有必要引入一种数字激光通信接收机, 灵活地抑制干扰和噪声, 提高通信灵敏度。根据数字通信误差概率的原理, 设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字接收机。采用有限脉冲响应、动态阈值、基带中值等滤波算法, 优化信噪比, 提高检测灵敏度。同时, 设计了1 550 nm激光通信接收机灵敏度测试实验结构, 并进行了检测灵敏度实验。实验结果表明, 雪崩光电二极管(APD)接收机在Mbps数量级的通信速率下, 实现了接近理论设计值的探测灵敏度-52.57 dBm。通过数字滤波算法信噪比提高了约10 dB, 为卫星激光通信的接收机设计提供了理论指导。
自由空间光通信 雪崩光电二极管探测器 探测灵敏度 有限冲激响应滤波算法 free-space laser communication avalanche photodiode detector detection sensitivity finite impulse response filtering algorithm
1 光电控制技术重点实验室,河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 中国人民解放军73602部队, 南京 211000
4 洛阳师范学院物理与电子信息学院, 河南 洛阳 471000
5 中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471000
首先分析了不同激光线宽情况下激光相位噪声的特征；然后针对激光相位噪声对相干激光雷达探测性能的影响建立理论模型；最后采用统计仿真试验的方法, 针对脉冲式和调频连续波两种典型的相干激光雷达, 进行激光相位噪声对相干激光雷达性能影响的仿真研究。研究结果表明:对于脉冲光的情况, 探测性能受相位噪声的影响与探测距离的关系不大, 无需要求探测距离在相干长度之内;而对于调频连续波的情况, 探测性能会受到相位噪声的影响较大, 应保证探测距离比相干长度小一个量级。
相干激光雷达 相位噪声 探测灵敏度 探测精度 coherent lidar phase noise sensitivity of detection detection accuracy
1 中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心, 上海 201210
2 中国科学院大学微电子学院, 北京 100049
超分辨荧光显微技术一直是研究热点,各种超分辨荧光成像技术的出现打破了光学衍射极限,将空间分辨率提高到纳米尺度。但随着时间、空间分辨率要求的不断提高,目前超分辨荧光显微技术仍然面临着空间分辨率、时间分辨率和视场存在三角制约关系及探测灵敏度较低的问题。随着近年来基于量子关联的新型成像机制的发展,基于荧光量子特性与量子关联成像的超分辨荧光显微镜应运而生,新成像模式及新物理量的引入不仅增加了信息量也提高了图像信息获取的效率,为超分辨荧光显微技术的研究提供了新思路。介绍了目前超分辨荧光显微镜的技术原理、优缺点与面临的主要技术问题,以及基于量子关联的新型超分辨荧光显微镜,并探讨了未来超分辨荧光显微镜的发展方向,以期为该领域的科学研究提供参考。
成像系统 荧光显微镜 超分辨显微镜 量子关联 探测灵敏度 时间分辨率 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011012
为了提高激光导引头探测灵敏度, 采用数值仿真的方式, 拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线, 并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响。提出象限探测器放大组件带宽设计方法, 以某型激光导引头为例, 对该方法的有效性进行了实验验证。结果表明, 象限探测器放大组件带宽设计方法可有效降低激光导引头最小可探测功率, 使用该方法对激光导引头象限探测器放大组件进行优化设计后, 激光导引头最小可探测功率较原设计下降约60%, 有效地提高了激光导引头探测灵敏度。该研究为激光导引头光电探测系统设计提供了参考。
探测器 最佳带宽值 数值仿真 放大组件 探测灵敏度 detectors optimal bandwidth numerical simulation amplifier assembly detection sensitivity
拉曼光谱技术以多组分同时探测、 无需样品预处理等优势被用于多个领域, 但是较低的探测灵敏度制约了其更广泛的应用。 为了提高拉曼光谱技术气体探测的灵敏度, 文章报道了一种基于折叠近共心腔对气体拉曼信号进行增强的方法。 该方法通过向多次反射腔中心引入一片高反射率平面镜将腔体从中心处进行折叠, 使腔体中心处光束相互重叠以增加光线密度和光通量, 进而提高系统的探测灵敏度。 采用TracePro软件对不同模式下的多次反射腔进行光线追迹和通量分析(激光: 300 mW@532 nm, 镜面反射率: 99%@532 nm), 结果表明光腔折叠方式能够显著提高反射腔中心处的光通量。 折叠近共心腔在反射次数为68次的情况下, 光腰中心处光通量可达22.35 W, 约为近共心反射腔光通量的1.5倍左右。 进一步搭建了多次反射腔对模拟结果进行验证, 实验结果表明: 折叠近共心腔对拉曼信号信噪比增强效果最好, 约为49倍; 近共心腔次之为36倍; 是折叠共心腔为24倍; 最后是共心腔为17倍。 与未折叠的近共心腔相比, 采用折叠近共心腔采集的气体拉曼信号信噪比提高了约1.4倍。 根据该系统探测到的空气中的二氧化碳拉曼峰相对强度, 以三倍于噪声强度的信号作为检出限标准, 估算出该系统对于二氧化碳的检测限约为0.13 mg·L-1(66 ppm)。
拉曼光谱技术 气体探测 探测灵敏度 折叠近共心腔 Raman spectroscopy Gas detection Detection sensitivity Folded near-concentric cavity 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3390
