1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京 100049
激光语音探测是一种非接触远距离信息获取技术，具有灵敏度高、探测距离远、抗干扰等优点被广泛应用。但是，在目标物的后向光散射特性的影响下，该技术探测性能受到机位角度、目标材料、表面粗糙度影响，严重者有效信号将湮灭到噪声里致使系统探测失效。针对此，结合传统的微分交叉相乘解调（PGC-DCM）算法，开展归一化自相除相位载波解调算法研究，解决目标物后向光散射特性差异所带来的光强扰动问题。首先，建立消光强扰动算法数学模型，利用LabView构建仿真模型，通过该模型进行新算法的频谱响应与消光强能力的仿真分析，发现该算法可实现对干涉信号中B值，一倍频G、二倍频H以及一阶贝塞尔函数J1和二阶贝塞尔函数J2影响的消除；其次，针对不同光强度B值，进行了PGC-DCM和新算法性能对比分析，结果表明新算法可以解调出语音信号，在弱光环境下，优势更加明显；而PGC-DCM解调方法在光强度较小情况下时(例如B=0.5 mW)，语音信号湮灭，无法还原出信号；最后，建立了远距离光强扰动抑制实验系统，进行了光强扰动消除能力实验。实验结果表明：该算法在探测光功率为10、20、30、40 mW条件下，系统解调输出语音信号幅度一致，消除了光强不同对信号探测的影响。
激光语音获取 相位载波 消光强扰动 信号处理 laser voice acquisition phase carrier eliminating light intensity disturbance signal processing 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210485
1 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
3 安徽至博光电技术有限公司, 安徽 合肥 230088
4 安徽工程大学数理学院, 安徽 芜湖 241000
5 淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室, 安徽 淮南 232001
6 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
声传感器和光声池是激光光声光谱技术的核心组件。结合光纤迈克耳孙干涉仪、相位载波解调技术和纵向共振光声池,提出一种共光声池腔的芯轴型空气衬底光纤麦克风。光纤麦克风中的铜毛细管被用作光声池的共振腔,传感臂由10 m长的超细光纤缠绕在铜毛细管上构成,参考臂为5 cm长的短臂且已进行隔声隔振处理。基于结构共振频率稳定的特点,优化光纤麦克风的共振频率,使其略低于光声池的一阶纵向共振频率,以实现准双共振。实验结果表明,麦克风在共振频率为1443 Hz处的最小可检测声压为0.69 μPa/Hz 1/2。在1 kHz处,声压电压响应线性度为99.98%(5 mPa~3 Pa),动态范围为112.52 dB。该光纤麦克风适用于高温、易爆和高电磁干扰等特殊环境下痕量气体的高精度检测。
光纤光学 麦克风 光声光谱 纵向共振光声池 光纤迈克耳孙干涉仪 相位载波解调
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对影响高功率激光系统输出性能的空间周期性调制, 提出并分析讨论了一种新的基于相位载波灵活补偿控制的方法。首先, 理论分析了本文方法对空间周期性调制的空间频率的控制, 通过改变相位载波的幅度调节空间频率的强度, 并且对于振幅型周期性调制, 相位载波的周期可以改变空间频率强度极大值的位置。然后, 进行了相位载波对振幅型周期性调制的空间频率影响的实验, 实验结果和数值模拟验证了该方法的可行性, 并对加载相位载波前后的输出近场图及对应的一维平均功率谱密度曲线进行了对比, 加载相位载波后, 空间频率的峰值下降了一个量级, 并降低到了本底值附近。该方法为高功率激光系统中敏感的空间周期性调制的补偿和控制提供了一个新的思路。
物理光学 衍射理论 空间频率 相位载波 空间周期性调制 近场光束 中国激光
2018, 45(10): 1005003
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学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
相位载波调制解调算法是干涉测量的关键技术之一。阐述了相位载波的调制解调原理,说明了相关参数的最佳选取数值, 介绍了两种传统的相位载波解调算法,描述了相位载波算法存在的有限的动态范围问题、伴生调幅问题、载波相位延迟问题和相应的解决办法。 最后总结相位载波调制解调算法的问题并展望了光纤传感器的发展趋势。
干涉型光纤传感器 相位载波 动态范围 伴生调幅 载波相位延迟 同步载波复原 interferometric optic fiber sensor phase generated carrier dynamic range companion amplitude modulation carrier phase delay synchronous carrier restoration 大气与环境光学学报
2018, 13(3): 161
1 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海航天技术研究院, 上海 200240
针对低频水表面声波(WSAW)的频率识别问题, 提出了一种基于改进相位生成载波(PGC)解调的激光相干探测方法。利用简单的激光干涉系统探测水下声源激发的低频WSAW, 再利用4路载波信号对其进行混频, 通过功率比较遴选出2路功率最大的正交干涉信号, 然后进行相位解调和频谱分析, 实现了WSAW的频率测定。仿真和实验研究表明, 改进的PGC解调法能够有效防止载波信号初始相位不可控条件下的正交信号消隐并准确实现低频WSAW的频率识别(频率探测下限可达30 Hz), 对变频WSAW及大尺度扰动波干扰条件下的低频WSAW也取得了很好的检测效果。该研究结果表明改进的PGC解调方法能够准确实现WSAW的频率识别, 并具有很强的抗干扰能力。
光通信 激光干涉 频率识别 相位载波 水表面波 水下声信号
1 山东省科学院激光研究所 山东省光纤传感重点实验室, 山东 济南250014
2 新南威尔士大学 电气工程与电信学院, 澳大利亚 新南威尔士2052
文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化, 将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪, 并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动, 分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。
分布式声波传感 相位载波 干涉仪 频响 distributed acoustic sensing phase generated carrier interferometer frequency response 红外与激光工程
2017, 46(3): 0321003
山东省科学院激光研究所济南研究中心, 济南 250014
基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器。采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试, 在10~100Hz频率范围内, 传感器灵敏度高于1000pm/g。基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制（PGC）解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统, 实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调, 使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中。
光纤光栅 振动 相位载波调制 安防 fiber optics vibration phase generated carrier perimeter security
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 大气成分与光学重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 合肥 230026
解调算法是干涉测量的关键技术之一,通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构,阐述了相位载波调制解调的机理,并利用光纤式光热干涉装置,通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验,并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证,证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。
气溶胶吸收系数 光热干涉 相位载波 压电陶瓷 aerosol absorption coefficient photo-thermal interferometry phase generated carrier algorithm piezoelectric ceramics 强激光与粒子束
2016, 28(4): 041001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 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
大气气溶胶粒子吸收虽然一般比较微弱，但对地球辐射收支平衡、高能激光在大气中的传输具有重要影响，因而该吸收特性的准确测量越来越受到重视。针对光热测量技术，通过分析气溶胶因吸收激励激光能量产生的温度分布和折射率变化，给出了光热干涉的相位变化量与有效吸收系数、作用时间的关系；阐述了利用相位载波(PGC)算法获得相位变化信息的方式；以强、中、弱3种吸收特性的气溶胶为例，说明了不同激励激光波长下的光热效应；通过仿真计算及误差分析，展示了PGC 算法在解调精度和抗噪上的优势；对解调算法进行了初步的实验验证。
大气光学 气溶胶吸收特性 有效吸收系数 光热干涉法 相位载波算法 光学学报
2015, 35(11): 1101004
全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京交通大学光波技术研究所，北京 100044
相位载波解调技术是用于光纤传感器中的一种重要的信号解调技术。简要说明了 Mach-Zehnder干涉型光纤传感器的检测原理，对 PGC解调算法进行了详细的理论分析，并用 MATLAB搭建系统进行仿真，实现了传感信号的解调。对系统中的一些关键技术进行了讨论，重点分析了系统的动态范围上限，得到动态范围上限受低通滤波器、待测信号频率和载波频率的影响趋势，结论对于设计干涉型光纤传感系统有重要的理论指导意义和参考价值。
干涉型光纤传感器 光纤干涉仪 相位载波(PGC) fiber-optic interference sensors optical fiber interferometer phase generated carrier (PGC)
