1 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
激光雷达是一种可以精确、快速获取目标三维信息的主动探测技术。然而，激光雷达在白天工作时会受到强烈的太阳背景辐射噪声的影响。此时，一般需要采用窄线宽的激光器与滤波器件配合使用，从而达到背景光抑制的效果。当两者都是极窄线宽时，如果二者中心波长产生失配，即具有一定的误差，那么接收信号的信噪比将会受到显著影响。因此，文中从窄带滤波和接收信号对发射信号的波长跟踪的角度出发，利用体光栅的相关特性设计了激光雷达的可调谐滤波接收器和收发系统光路，实现了激光雷达在窄滤波带宽条件下接收波长对发射波长的跟踪。最后，在实验室实际搭建了整个系统，验证了系统设计的正确性。在固定波长条件下与可调谐波长条件下，跟踪精度均优于2.9 pm，此时，接收信号强度大于中心波长完全匹配条件下的99.97%。
激光雷达 体光栅 窄带滤波 波长跟踪 laser radar volume grating narrowband filtering wavelength tracking 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210639
光子学报
2021, 50(11): 1105001
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2 安徽问天量子科技股份有限公司, 安徽 芜湖 241000
随着点对点光纤量子密钥分发技术的成熟及其迅猛发展的商业化应用趋势, 将量子信号与经典数据复用在同一根光纤中以提高系统效率和节约光纤资源成为近几年的研究热点之一。通过实验验证了两种共信道传输方案的噪声成分, 仿真分析了噪声对量子密钥分发系统性能的影响, 并针对实验中存在的问题对噪声抑制方案进行评估分析, 为经典—量子信号共信道传输商业化发展提供了实验支撑。实验结果表明: 0 dBm发射功率下, 未进行噪声抑制的较远波段共信道传输系统密钥正向传输距离最远为 75 km，采用窄带滤波技术的同波段共信道传输系统密钥正向传输距离最远达到 164 km。该实验结果为未来在经典光网络中承载量子密钥分发系统提供了可行的共信道传输噪声抑制参考方案。
量子光学 量子密钥分发 波分复用 噪声抑制 窄带滤波 quantum optics quantum key distribution wavelength division multiplexing noise suppression narrow-band filtering
1 连云港师范高等专科学校 物理系, 江苏 连云港 222006
2 河海大学 能源与电气学院, 江苏 南京 210098
应用时域有限差分方法研究石墨烯纳米膜与折射率可调控基片铌酸锂间隔周期形成的多层结构在中红外形成的窄带带阻滤波特性的调节。通过控制多层石墨烯的层数对此滤波器特性进行调节, 数值结果表明, 随着层数的增加, 透射率变低, 最小透射率对应的波长变短, 带阻宽度明显变窄, 带阻特性曲线变得很尖锐; 通过电压控制影响各层石墨烯介电常数的化学势的变化来调节带阻窄带滤波特性, 数值结果表明, 在层数一定时化学势越大, 最小透射率对应的波长越短, 层数数值大最小透射率在波长较短处变化, 层数数值小最小透射率在波长较长处变化; 最后, 通过电压控制影响多层石墨烯中基片铌酸锂晶体折射率的变化来实现带阻窄带滤波特性的调节, 数值结果表明, 在层数一定时基片折射率越大, 最小透射率对应的波长越长, 层数数值大最小透射率在波长较短处变化, 层数数值小最小透射率在波长较长处变化。
石墨烯 中红外窄带滤波特性 调节 时域有限差分方法 graphene nanofilms mid-infrared narrow-band filtering characteristics adjustment the finite difference time domain method 光学 精密工程
2019, 27(12): 2549
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
提出一种可见光谱段内窄带偏振陷波滤波的矩孔光子晶体结构。通过建立矩孔光子晶体模型,将矩孔光子晶体结构等效为介质层-光栅层-介质层周期结构,利用Rugate滤波理论对矩孔光子晶体结构进行分析,结合等效介质理论(EMT)和传输矩阵方法(TMM)对结构模型的入射光s偏振、p偏振的透过率进行仿真。另外讨论了矩孔光子晶体纵向周期数m、光栅层填充比f、厚度d等参数对偏振陷波的中心波长、带宽以及截止带透过率的影响。针对417,497,582,685 nm中心波长,设计带宽为10 nm的p偏振窄带陷波结构,并用时域有限差分方法(FDTD)进行仿真验证,结果表明,矩孔阵列结构可以实现可见光谱段内窄带偏振陷波滤波。
光学器件 光子晶体 陷波滤波 等效介质理论 传输矩阵 偏振 窄带滤波 光学学报
2018, 38(12): 1223001
根据气体探测系统灵敏度的要求, 基于甲烷气体红外吸收光谱特性, 结合工艺经验确定了滤波器的技术指标.采用“拆分技术”对气体滤波器进行膜系结构设计, 降低了膜层产生的应力.通过电子束加热蒸发沉积薄膜, 根据测试结果逆向分析, 优化工艺参数.所研制的滤波器在7.669 μm波长处峰值透过率达到85.14%, 通带半宽度为59 nm, 覆盖了甲烷气体吸收区域, 截止区达到了OD3, 很好地抑制了背景噪声.
光学薄膜 窄带滤波器 拆分技术 气体泄漏 探测与识别 灵敏度 Optical thin film Narrow-band filter Splitting technique Gas leaks Detection and recognition Sensitivity 光子学报
2017, 46(10): 1023003
1 中国科学院 安徽光学精密研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为了有效提高星载激光雷达后继光学系统中滤波器组件结构热保温性能, 保证其核心部件F-P标准具利用材料的热光特性进行中心波长调谐的精度, 对滤波器组件进行了初步热结构设计。利用有限元软件Ansys Workbench对滤波器组件初始结构进行稳态热分析, 确定加热功率范围, 再对热结构中的关键参数进行基于灵敏度分析的多目标优化, 并确定各参数的最优值。优化分析结果表明: 标准具达到稳态设计工作温度48℃时, 加热功率为705 W, 节省功率消耗113％, 标准具表面节点最大温差由原来的0253℃减少为005℃, 满足设计技术指标要求。
窄带滤波器 F-P标准具 稳态热分析 灵敏度分析 参数优化 narrow band filter F-P etalon steady-state thermal analysis sensitivity analysis parameter optimization
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
本文报道了一种可用于原子存储实验的窄带Fabry-Perot滤波器。该滤波器由一块两面镀高反射膜的标准具和控温系统组成,通过控制标准具温度来改变滤波器的共振透射频率。理论计算了标准具两个表面的不平行度对滤波器共振透射特性的影响,结果表明滤波器共振透射率随着不平行度的增大而减小,同时透射光强分布会出现形变。实验测得滤波器的自由光谱区1.85 GHz,透射带宽59 MHz,共振透射率29％,10小时内透射功率波动小于5％。
窄带滤波器 标准具 不平行度 共振透射率 narrow-band filter etalon non-parallelism resonate transmissivity
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 长春 130012
2 中国科学院半导体研究所 材料科学国家重点实验室, 北京 100083
为了在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测系统中, 精确提取窄脉冲传感信号的幅度, 设计并实现了一种微秒级窄脉冲锁相放大器.根据微秒级窄脉冲的特点, 窄脉冲信号经过窄带通滤波电路, 得到基频正弦波信号, 再经过主放大、移相、相敏检波电路, 得到与脉冲幅值有关的直流信号.利用信号发生器产生的幅度、频率、相位可调的窄脉冲待测信号, 对锁相放大器进行功能验证实验.结果表明, 锁相放大器输出直流信号与输入信号的幅度呈良好的线性关系, 线性拟合度约为98.043%；信号幅值的相对测量误差不超过3%；在1 h的测试时间内, 信号波动范围在1‰以内.利用配备的不同浓度的一氧化碳样品及研制的锁相放大器, 开展了一氧化碳气体检测实验.在0~180 ppm范围内, 随着一氧化碳浓度的增加, 锁相放大器的输出电压值与一氧化碳浓度呈现良好的e指数关系.根据Allan方差预测的系统检测下限为0.4123ppm.与商用锁相放大器相比, 该放大器具有体积小、成本低、易于集成等特点, 在基于脉冲式中红外量子级联激光器的气体检测中具有较好的应用前景.
锁相放大器 窄脉冲信号 窄带滤波电路 中红外气体检测 量子级联激光器 Lock-in amplifier Narrow pulse signal Narrowband filter circuit Mid-infrared gas detection Quantum cascade laser
聊城大学物理科学与信息工程学院, 山东 聊城 252059
在利用耦合模理论(CMT)研究了谐振器与波导之间耦合工作特性的基础上,在二维正方格子光子晶体中设计了两种对称的带有5×5微谐振器的弯折波导.采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导的传输特性,结果表明：通过改变微谐振器中心缺陷柱半径大小,波导与微谐振器之间引入了不同的耦合谐振模式,得到了9个通带；这两种波导结构都具有窄带通的特性,其带通频率随微谐振器缺陷柱半径增加向低频移动；微谐振器相同时,侧向耦合波导输出端口通带中心频率强度衰减较直接耦合波导的小,实现了波导与谐振腔之间更强的耦合作用.这两种微型波导均可作为信号处理接口,用于窄带滤波及网络互连器件设计,在光通信、集成光路、光谱传感等领域具有潜在应用价值.
光学器件 信号处理接口 窄带滤波 耦合模理论 时域有限差分法 光子晶体波导 微谐振器
